Читать онлайн «Лекции». Страница 55

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, пропускаем заряды через нити и вновь отмечаем, что нить в негерметичной лампе // остается темной, в то время как в вакуумной / светится даже сильнее, чем при нормальных условиях (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. Теперь я оставлю лампы соединенными последовательно с брусками BBf, как и в предыдущем опыте (рисунок 226), но значительно понижу частоту тока, которая в предыдущем опыте была очень высокой. Этого я могу добиться, включив последовательно в цепь разряда катушку индуктивности или нарастив емкость конденсаторов. Когда я теперь пропускаю низкочастотные заряды через нити, вакуумная лампа светится, как и прежде, но заметно, что негерметичная 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), степень 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 частота и потенциал тока, тем важнее становится бомбардировка. Конвекция, наоборот, должна быть тем меньше, чем выше частота. При постоянном токе, бомбардировки 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 параллельно 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 излучении 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 тончайший 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 количественным 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 накала 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 время оставаться темным в местах большей плотности, где конвекция сильнее, а бомбардировка менее интенсивна. В соответствии с этой мыслью была приготовлена трубка (;, как показано на рисунке 23, через центр которой проходил очень тонкий платиновый провод w. Из трубки был частично откачан воздух, и было обнаружено, что когда ее соединяли с выводом высокочастотной катушки, 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 или большей яркости свечения провода w. Но через несколько мгновений становилось заметным, что яркие участки провода покрыты плотными полосами разряда, как показано буквами // на рисунке 23, хотя это явление и было трудноразличимо. 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 катушки 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 основных фактора, которые определяют накал провода или нити при переменном 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 низкочастотного 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 приборов. 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 частоты и потенциала тока. Из всего сказанного можно сделать вывод, что для освещения нужно использовать 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 сравнению с эффектом от бомбардировки. Это несомненно так, когда контур не замкнут, а потенциал, конечно, высок. Предположим, что тонкая нить помещена в вакуумный сосуд и один ее конец соединен с катушкой высокого напряжения, а другой — с большой изолированной 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 бомбардировки. Практически совместить эффекты тока проводимости 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 высокого напряжения. Не следует думать, будто для нагревания проводника переменным током важен только разреженный газ, газ при обычном давлении тоже может играть важную роль, если разность потенциалов 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.