Устройства электростатической индукции переменного тока

Около полутора лет назад, занимаясь изучением переменных токов короткой продолжительности, мне пришло в голову, что такие токи можно было бы получать вращая заряженные поверхности очень близко к проводникам. Соответственно, я придумал разные виды экспериментальных установок, две из которых проиллюстрированы на идущих ниже рисунках.

В приборе, показанном на Рис. 1, А — это кольцо из сухого твердого дерева, обработанного шеллаком, на внутренней стороне которого находятся два множества обкладок из оловянной фольги, a и b. Все обкладки а и все обкладки b, соответственно, соединены вместе между собой, но независимо друг от друга. Эти два множества обкладок подключены к двум контактам Т. Дл я ясности показаны только несколько обкладок. Внутри кольца А и совсем близко к нему установлен вращающийся цилиндр В, тоже из сухого твердого дерева, обработанного шеллаком, и на нем находятся два аналогичных множества обкладок, a1 и b1, все обкладки а' соединены с одним кольцом, а все остальные, Л, с другим, кольца помечены + и —. Эти два множества, а' и b1, заряжены до высокого потенциала от машины Гольца или Вимшурста, и еще могут быть подключены к банке некоторой емкости. Внутренняя сторона кольца А покрыта слюдой, чтобы увеличить индукцию, а также для того, чтобы можно было использовать более высокие потенциалы.

Когда цилиндр В с заряженными обкладками вращается, то цепь, соединенная с контактами Т, пересекают переменные токи. Другой вид прибора показан на Рис. 2. В этом приборе два множества обкладок из оловянной фольги наклеены на пластину из эбонита, и есть другая такая же пластина, которая вращается и обкладки которой заряжены, как на Рис. 1.

Выход такого прибора очень мал, но можно наблюдать некоторые эффекты, свойственные переменным токам с короткими периодами. Правда, их не сравнить с эффектами, получаемыми с индукционной катушкой, подключенной к машине переменного тока высокой частоты, ряд которых я недавно описывал.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ВАКУУМНЫХ ТРУБКАХ*

В журнале The Electrical Engineer за 10 Июня я встретил описание некоторых экспериментов Проф. Дж. Дж. Томпсона, с "Электрическим Разрядом в Вакуумных Трубках", и в вашем выпуске от 24 Июня Проф. Элиу Томпсон описывает эксперимент того же типа. Фундаментальная идея в этих экспериментах состоит в том, чтобы создать электродвижущую силу в вакуумной трубке — предпочтительно, не содержащей внутри себя каких-либо электродов, — посредством электромагнитной индукции и таким образом возбудить трубку.

Насколько я представляю сам предмет, я склонен думать, что для любого экспериментатора, внимательно изучившего стоящую перед нами проблему и попытавшегося найти ее решение, эта идея должна выглядеть так же, как, например, идея заменить покрытия Лейденской банки из оловянной фольги на разреженный газ и возбудить свечение в получившемся в результате конденсаторе, попеременно заряжая и разряжая его. Отмечу, хотя мысль и очевидна, что какова бы ни была суть дела в данном направлении исследований, она обязательно зависит от полноты изучения предмета и правильности наблюдений. Следующие ниже строки написаны без какого-либо стремления с моей стороны увековечить себя как одного из тех, кто проделал аналогичные эксперименты, но с желанием помочь другим экспериментаторам, указав на определенные особенности наблюдаемого явления, которые, по всей видимости, не были отмечены Проф. Дж. Дж. Томпсоном, который, тем не менее, представляется вполне систематичным в своих исследованиях, и который был первым, кто обнародовал свои результаты. Отмеченные мной особенности могут показаться расходящимися со взглядами Проф. Дж. Дж. Томпсона и представить явление в другом свете.

Мои исследования в данном направлении полностью захватили меня в течение зимы и весны прошлого года. За это время было проведено много различных экспериментов, и в процессе моего обмена мыслями по этому предмету с М-ром Альфредом С. Брауном из Объединенной Западной Телеграфной Компании, было предложено множество различных вариантов расположения, которые я воплотил на практике. Рис. 1 может послужить примером одной из многочисленных форм прибора. Эта состоит из большой стеклянной трубки, запаянной с одного конца и вдающейся внутрь колбы обычной лампы накаливания. Первичная обмотка, обычно состоящая из нескольких оборотов толстой, хорошо изолированной медной полосы, вставляется внутрь трубки, а вторичную составляет внутреннее пространство колбы. К такой форме прибора я пришел после некоторого экспериментирования, и использовал ее главным образом с целью позволить мне поместить полированную отражающую поверхность на внутренней стороне трубки, и для этого последний оборот первичной обмотки был покрыт тонкой серебряной полосой. Во всех формах прибора, которые использовались, не было никаких сложностей с возбуждением светящейся сферы или цилиндра в близости от первичной обмотки.

Что касается числа витков, я не могу до конца понять, почему Проф. Дж. Дж. Томпсону потребовалось считать, что несколько витков "вполне достаточно", но чтобы не приписывать ему точку зрения, которую он мог и не иметь, я добавлю, что у меня создалось это впечатление из чтения опубликованных конспектов его лекции. Ясно, что число витков, дающее наилучший результат в каждом случае, зависит от размеров прибора, и, не будь это так по многим соображениям, один виток всегда давал бы наилучший результат.

Я обнаружил, что в этих экспериментах предпочтительно использовать машину переменного тока, дающую умеренное число перемен в секунду, чтобы возбуждать индукционную катушку для заряда Лейденской банки, которая разряжается через первичную — схематично показано на Рис. 2, — потому что в этом случае, перед тем как возникает разряд пробоя, трубки или колба слегка возбуждается и явно облегчается формирование светящейся сферы. Но я также в некоторых экспериментах использовал и машину Вимшурста.

Точка зрения Проф. Дж. Дж. Томпсона на рассматриваемые явления представляется такой, что они пол- ностью обусловлены электромагнитным действием. Я придер- живался одно время того же мнения, но внимательное исследование предмета привело меня к убеждению, они имеют скорее электростатическую природу. Следует помнить, что в этих экспериментах нам приходится иметь дело с первичными токами огромной частоты или скорости изменения и высокого потенциала, и что вторичный проводник состоит из разреженного газа, и что при таких условиях электростатические эффекты должны играть важную роль.

В поддержку своей точки зрения я опишу несколько проделанных мной экспериментов. Для возбуждения свечения в трубке не является абсолютно необходимым, чтобы проводник был замкнутым. Например, если обычную откачанную трубку (желательно большого диаметра) окружить спиралью из толстого медного провода, служащего первичной цепью, в трубке можно возбудить слабо светящуюся спираль, что грубо показано на Рис. 3. В одном из этих экспериментов наблюдался любопытный эффект; а именно, внутри трубки сформировались два интенсивно светящихся круга, каждый из которых близок к витку первичной спирали, и я приписал это явление наличию узлов на первичной обмотке. Эти круги были соединены тусклой светящейся спиралью, параллельной первичной обмотке и находящейся очень близко к ней. Я обнаружил, что для получения этого эффекта нужно заряжать банку до предела. Витки спирали стремятся сблизиться и образовать окружности, но это, конечно, можно было бы ожидать, и это не обязательно указывает на электромагнитный эффект; тогда как тот факт, что можно получить свечение вдоль первичной обмотки в форме открытой спирали свидетельствует в пользу электростатического эффекта.

Если использовать цепь с обратным ходом Д-ра Лоджа, это электростатическое влияние столь же несомненно. Устройство показано на Рис. 4. В его экспериментах две полые откачанные трубки Н Н надевались на провода цепи с обратным ходом, и при разряде банки обычным способом в трубках возбуждалось свечение.

Другой проведенный эксперимент показан на Рис. 5. В данном случае обычная колба лампы была окружена одним или двумя оборотами толстого медного провода Р, и светящийся круг L возбуждался в колбе разрядом банки через первичную цепь. Колба лампы была со стороны, обратной по отношению к первичной цепи, снабжена покрытием из оловянной фольги, и каждый раз, когда эту фольгу соединяли с землей или с большими объектами, свечение круга заметно возрастало.

В других экспериментах я замечал, что когда первичная цепь касается стекла, светящийся круг получить легче, и он резче очерчен; но я не отмечал, что, вообще говоря, индуцированные круги были очень резко очерчены, как наблюдал Проф. Дж. Дж. Томпсон; напротив, в моих экспериментах они были широкими и часто светилась вся колба или трубка; и в одном случае я наблюдал интенсивное багровое сияние, о котором говорит Проф. Дж. Дж. Томпсон. Но круги всегда были совсем вблизи первичной цепи, и получать их было намного легче, когда последняя находилась очень близко к стеклу, намного проще, чем можно было бы ожидать, предполагая, что эффект электромагнитный и учитывая дистанцию; эти факты говорят за электростатический эффект.

Более того, я наблюдал, что есть молекулярная бомбардировка в плоскости светящегося круга под прямыми углами к стеклу, — если полагать, что круг лежит в плоскости первичной цепи, — эта бомбардировка очевидна из быстрого нагревания стекла вблизи первичной цепи. Если бы бомбардировка не шла под прямыми углами к стеклу, нагрев не был бы столь быстрым. Если есть круговое движение молекул, составляющих светящийся круг, я думаю, можно было бы сделать его видимым, если поместить внутри трубки или колбы, радиально по отношению к кругу, тонкую пластинку слюды, порытую каким-нибудь фосфоресцентным материалом, и другую такую пластинку тангенциально к кругу. Если бы молекулы совершали круговое движение, первая пластинка фосфоресцировала бы ярче. За недостатком времени я, однако, не смог провести такой эксперимент.

Другое наблюдение, сделанное мной, состояло в том, что когда определенная индуктивная емкость среды между первичной и вторичной цепями увеличивается, индуктивный эффект усиливается. Это грубо показано на Рис. 6. В этом случае свечение возбуждалось в откачанной трубке или колбе В и стеклянная трубка Т скользила между первичной цепью и колбой, когда был замечен описываемый эффект. Если бы действие было полностью электромагнитным, никаких изменений бы не наблюдалось.

Я также заметил, что когда колба окружена проводом, замкнутым на себя и лежащим в плоскости первичной цепи, это не препятствует формированию светящегося круга внутри; колбы. Но если вместо этого провода будет широкая полоса оловянной фольги, приклеенная к колбе, образования светящегося обруча не будет, потому что воздействие распределяется по большей площади. Эффект от замкнутой фольги без сомнения имел электростатическую природу, потому что у фольги сопротивление было гораздо больше, чем у замкнутого провода, и поэтому давало гораздо меньший электромагнитный эффект.

Некоторые эксперименты Проф. Дж. Дж. Томпсона также, как кажется, демонстрируют определенное электростатическое действие. Например, в эксперименте с колбой, заключенной в колоколообразной банке, я думаю, что когда последняя откачивалась до уровня наибольшей проводимости содержащегося в ней газа, образование круга в колбе и банке не возникало из-за того, что пространство, окружающее первичную цепь, имело слишком высокую проводимость; когда банку откачивали еще больше, проводимость пространства вокруг первичной цепи уменьшалось, и круги обязательно возникали сначала в колоколообразной банке, потому что разреженный газ находился ближе к первичной цепи. Но если бы индуктивный эффект был очень мощным, они вероятно возникали бы и в колбе тоже. Если, с другой стороны, откачать колоколообразную банку до высшей степени, они вполне вероятно появились бы только в колбе, если предположить, что откачанное пространство будет не проводящим. Предположив, что в этих явлениях работают электростатические эффекты, мы обнаружим, что становится легко объяснить, почему введение ртути или нагревание колбы мешает образованию светящегося обруча или сокращает после-свечение; а также почему в некоторых случаях платиновый провод препятствует возбуждению в трубке. Тем не менее, некоторые эксперименты Проф. Дж. Дж. Томпсона, как кажется, указывают на электромагнитный эффект. Я могу добавить, что в одном из моих экспериментов, когда вакуум получался по методу Торричелли, я не мог получить светящийся обруч, но это могло быть и благодаря слабому возбуждающему току.

Мой главный аргумент таков: Я экспериментально доказал, что если один и тот же разряд, которого едва лишь хватает, чтобы возбудить в колбе светящийся обруч, при пропускании через первичную цепь будет направлен таким образом, чтобы он усиливал электростатический индуктивный эффект, — а именно, обращая его вверх, — то откачанная трубка без электродов может возбуждаться на расстоянии нескольких футов.