Читать онлайн «Лекции». Страница 10

Итак, потоки зависят от потенциала и частоты; но если катушка достаточно большая, они видны независимо от того, насколько низкие частоты используются. Например, в очень большой катушке сопротивлением 67 000 Ом, которую я построил недавно, они появляются при частоте уже 100 колебаний в секунду и менее, причем вторичная обмотка изолирована слоем эбонита толщиной в 3/4 дюйма. Под большим напряжением они издают звук наподобие аппарата Хольца, но значительно более громкий и от них исходит запах озона. Чем меньше частота, тем более велика вероятность пробоя обмотки. При крайне высоких частотах они свободно текут и ничего не происходит, кроме того что изоляция нагревается медленно и равномерно.

Существование этих потоков указывает на необходимость постройки дорогой катушки, которая могла бы позволить смотреть сквозь трубу, окружающую первичную обмотку; последняя должна быть легко заменяема либо пространство между первичной и вторичной обмотками должно быть так заполнено, чтобы исключить попадание туда воздуха. Если не соблюдать этого простого правила при производстве коммерческих изделий, можно испортить много дорогих катушек.

Когда происходит текущий разряд, или при несколько более высоких частотах, сведя контакты поближе и правильно регулируя эффект емкости, можно получить настоящий дождь маленьких серебряных искр или пучок очень тонких серебряных нитей (рисунок 6) посреди мощного потока — каждая искра скорее всего соответствует одному колебанию. Это, если созданы необходимые условия, возможно, самый красивый разряд, и когда на него направляется поток воздуха, он представляется однородным. Дождь искр, когда они проходят сквозь тело, вызывает некоторое неудобство, в то время как обычный разряд скорее всего никак не почувствуешь, если держать в руке большие куски какого-нибудь проводника, чтобы защитить их от небольших ожогов.

Если еще повысить частоту, катушка не дает искры только на очень малых расстояниях, и можно наблюдать пятый типичный вид разряда (рисунок 7). В этом случае тенденция к истечению и рассеиванию настолько сильная, что, когда создается пучок на одном контакте, нет никаких искр, даже если, как я неоднократно пытался сделать, в поток поместить руку или другой проводник; и, что еще более удивительно, поток не так уж легко отклонить, поднеся к нему проводник.

На этом этапе видно, как потоки легко проходят через толстые слои изоляции, и очень интересно изучать их поведение. Для этих целей нужно присоединить контакты к металлическим шарам, которые можно поместить на любом расстоянии (рисунок 8). Шары предпочтительнее пластин, так как позволяют лучше увидеть разряд. Помещая различные диэлектрики между сферами, можем наблюдать красивые разряды. Если шары расположены достаточно близко и мы имеем между ними пляшущую искру, то, помещая между ними тонкую эбонитовую пластину, искра моментально гасится и разряд приобретает форму очень яркого круга диаметром в несколько дюймов при условии, что шары достаточно большие. Прохождение потоков приводит к нагреванию, а затем размягчению резины настолько, что можно склеить между собой две резиновые пластины. Если шары разведены так, что искры нет — даже если они далеко за пределами дистанции разряда, — поместив между ними кусок стекла, мы заставим разряд проходить от контактов к стеклу в форме светящихся потоков. Выглядит это так, будто эти потоки проходят сквозь диэлектрик. В действительности же потоки образуются крайне возбужденными молекулами воздуха, которые находятся между разнозаряженными поверхностями шаров. Когда нет другого диэлектрика, кроме воздуха, бомбардировка продолжается, но она слишком слаба, чтобы быть видимой. Когда мы помещаем туда диэлектрик, эффект индукции сильно увеличивается, кроме того, отраженные молекулы воздуха наталкиваются на препятствие и бомбардировка становится такой сильной, что потоки светятся. Если бы при помощи какого-либо механического устройства мы могли вызывать такое сильное возбуждение молекул, то смогли бы получить подобное явление. Струя воздуха, вырывающаяся через маленькое отверстие под огромным давлением и ударяющаяся о некий изолятор, например, стекло, может светиться в темноте, таким образом можно добиться свечения стекла или другого изолятора.

Чем выше диэлектрическая проницаемость помещенного между контактами диэлектрика, тем более мощный эффект мы имеем. Благодаря этому проявляются потоки, обладающие очень высокими потенциалами, даже если толщина стекла будет достигать полутора или двух дюймов. Но кроме нагрева от бомбардировки, несомненно, происходит нагрев и в диэлектрике, причем в стекле он сильнее, чем в эбоните. Я это отношу на счет большей диэлектрической проницаемости стекла, вследствие чего, при одинаковой разности потенциалов, оно поглощает большее количество энергии, чем резина. Это равнозначно тому, как если бы присоединить к батарее медный и латунный провода одинаковых размеров. Медный провод, хотя он и лучший проводник, нагреется сильнее, поскольку пропустит больше тока. Потому то, что в ином случае является достоинством стекла, в данном — недостаткам. Стекло обычно поддается быстрее, чем эбонит: если его нагреть до определенной температуры, разряд вдруг проходит насквозь в каком-либо месте и принимает форму дуги.

Эффект нагревания, производимый молекулярной бомбардировкой диэлектрика, конечно, уменьшается по мере возрастания давления воздуха, а при очень высоком давлении им можно пренебречь, если только соответственно не растет частота.

Во время таких опытов можно часто наблюдать, что когда шары разведены за пределы дистанции разряда, приближение стеклянной пластины может, например, вызвать одиночную искру. Это происходит, когда емкость шаров несколько ниже критической отметки, что дает наибольшую разность потенциалов на контактах катушки. При приближении диэлектрика возрастает диэлектрическая проницаемость пространства между шарами и происходит такое же явление, как если бы увеличилась емкость шаров. Потенциал на контактах настолько высок, что воздушный промежуток разрушается. Лучше всего проводить этот опыт с плотным стеклом или слюдой.

Есть еще одно интересное наблюдение: пластина изолирующего материала, когда через нее проходит разряд, испытывает сильное притяжение одного из шаров, того, что ближе; это, очевидно, происходит потому, что с этой стороны имеет место небольшой механический эффект от бомбардировки, а также большая электризация.

Исходя из поведения диэлектриков во время этих опытов, мы можем сделать вывод о том, что лучшим изолятором для таких высокочастотных переменных токов будет тот, который имеет наименьшую диэлектрическую проницаемость, и в то же время тот, что выдерживает наибольшую разность потенциалов. Итак, вырисовываются два диаметрально противоположных пути обеспечения наилучшей изоляции, а именно: использовать либо вакуум, либо газ под большим давлением; первый способ более предпочтителен. К сожалению, ни один из этих путей практически не выглядит легким.

Особенный интерес вызывает поведение вакуума в таких условиях. Если к опытной трубке, из которой максимально откачан воздух, снабженной на концах электродами, подключить контакты катушки (рисунок 9), то электроды моментально нагреваются, а стекло по краям приобретает свечение, но середина остается сравнительно темной и какое-то время прохладной.

Когда частота настолько высока, что наблюдается разряд, показанный на рисунке 7, без сомнения в обмотке имеет место сильное рассеивание. Тем не менее катушку можно использовать довольно долго, так как нагрев постепенный.

Несмотря на тот факт, что разность потенциалов может быть огромной, почти ничего не ощущаешь, когда разряд проходит сквозь тело, если в руках есть проводник. Частично это объясняется высокой частотой, но в основном причина в том, что энергии поступает извне меньше, когда разность потенциалов достигает огромного значения благодаря тому обстоятельству, что с ростом потенциала количество энергии, поглощаемой катушкой, возрастает в квадрате. До определенного момента количество энергии растет вместе с ростом потенциала, а потом начинает резко уменьшаться. Так, в случае с обычной катушкой индуктивности высокого напряжения имеем любопытный парадокс, а именно: если определенной силы ток, пропущенный через первичную обмотку, может быть смертельным, то тот же ток, даже в разы более сильный, совсем безопасен даже при той же частоте. При высоких частотах и крайне высоком напряжении, когда контакты присоединены к телам определенного размера, практически вся энергия, подаваемая на первичную обмотку, поглощается катушкой. Не происходит пробоя, нет местных порывов, но все материалы, проводники и изоляторы равномерно нагреваются.