Когда кисть принимает форму, показанную на рисунке 16, она может стать очень чувствительной к электростатическому и магнитному воздействию. Если лампа висит на прямом проводе и все предметы удалены от нее, а к ней приблизится на несколько шагов наблюдатель, то это заставит разряд переместиться на другую сторону, а если наблюдатель будет ходить вокруг нее, то разряд всегда будет находиться на противоположной стороне. Он может начать вращение вокруг вывода задолго до того, как достигнет этой чувствительной фазы. Когда начинается вращение, да и несколько раньше тоже, на него оказывает влияние магнит, а на определенной стадии он становится крайне восприимчивым к его влиянию. Небольшой постоянный магнит, полюса которого отстоят друг от друга на расстоянии двух сантиметров не более, зримо воздействует на кисть на расстоянии двух метров, замедляя или ускоряя ее вращение в зависимости от того, как он расположен по отношению к ней. Мне кажется, я заметил, что в тот момент, когда кисть наиболее чувствительна к магнитному воздействию, она не так подвержена влиянию электростатического поля. Мое объяснение таково: электростатическое притяжение между кистью и стеклом колбы, которое задерживает вращение, растет гораздо быстрее, чем магнитное воздействие, когда возрастает интенсивность потока.
Когда лампочка висит на проводе колбой L вниз, вращение всегда по часовой стрелке. В южном полушарии вращение произойдет в обратную сторону, а на экваторе его не будет вовсе. Вращение может быть реверсировано при помощи магнита, если его держать на некотором расстоянии. Кисть, кажется, вращается лучше всего, когда она находится под прямым углом к действию сил притяжения Земли. На максимальной скорости она скорее всего вращается синхронно с колебаниями тока, скажем, 10 000 раз в секунду. Вращение можно замедлить или ускорить при приближении или удалении наблюдателя или любого проводника, но его нельзя начать в противоположную сторону, переместив колбу. Когда разряд находится на пике чувствительности и потенциал или частота меняются, чувствительность падает. Даже небольшое изменение любого из этих параметров прекращает вращение. Чувствительность также подвержена влиянию температурных изменений. Для достижения наибольшей чувствительности требуется, чтобы небольшой шар s был в центре колбы L, так как в противном случае электростатическое воздействие стеклянной колбы будет препятствовать вращению. Шар s должен быть небольшим и одной толщины; его асимметричность, конечно, приведет к потере чувствительности.
Тот факт, что кисть вращается в постоянном магнитном поле в определенном направлении показывает, что в переменном токе высокой частоты положительные и отрицательные импульсы не равны, но один всегда больше другого.
Конечно, вращение в одном направлении может быть вызвано действием двух составляющих тока друг на друга, или действием поля, произведенного одним из элементов, на другое поле, как в сериесном моторе, причем необязательно, чтобы один импульс был сильнее другого. Тот факт, что кисть вращается в любом положении, говорит в пользу этого мнения. В таком случае она будет вращаться в любой точке земной поверхности. Но, с другой стороны, трудно объяснить, почему постоянный магнит реверсирует ее вращение, и приходится согласиться с мнением о преобладании импульсов одного вида.
Что же касается самого формирования кисти или потока, полагаю, это происходит вследствие электростатического воздействия колбы и асимметрии частей. Если бы маленькая колба s и большая колба L были абсолютно концентрическими сферами, а стекло имело во всех точках одинаковую толщину и качество, думаю, кисть не формировалась бы, так как со всех сторон имелась бы одинаковая тенденция к прохождению разряда. То, что создание потока объясняется неравномерностью, очевидно, следует из того факта, что он имеет тенденцию оставаться в одном положении, а вращение происходит только тогда, когда его выводят из равновесия под воздействием электростатического или магнитного поля. Когда, достигнув максимальной чувствительности, он находится в одном положении, с ним можно проводить любопытные опыты. Например, экспериментатор может, выбрав правильное положение, поднести руку на достаточно значительном расстоянии к лампе и заставить кисть передвинуться простым напряжением мышц. Когда она начинает вращаться и руки находятся на нужном расстоянии, нельзя сделать и малейшего движения, чтобы кисть не отреагировала. Металлическая пластина, соединенная с другим выводом катушки, воздействует на нее на большом расстоянии, замедляя вращение на один оборот в секунду.
Я полностью убежден, что такая кисть, когда мы научимся ее правильно формировать, послужит полезным инструментом в изучении природы сил, действующих в электростатических и магнитных полях. Если есть какое-либо движение в пространстве, которое можно измерить, то кисть поможет обнаружить его. Это, так сказать, луч света, движущийся без трения и лишенный инерции.
Полагаю, что это явление может найти практическое применение в телеграфии. При помощи такой кисти можно посылать сообщения, например, через Атлантику с любой скоростью, так как ее чувствительность может быть настолько велика, что любое изменение будет оказывать на нее воздействие. Если бы можно было сделать поток очень интенсивным и очень узким, то его отражения можно было бы легко сфотографировать.
Мне было интересно выяснить, вращается ли сам поток или в колбе происходит только передвижение заряда под напряжением. Для этих целей я установил небольшую слюдяную крыльчатку, чьи лопасти находились на пути щетки. Если движение потока есть, то крыльчатка завертится. Мне не удалось получить отчетливого вращения крыльчатки, хотя я повторял опыт снова и снова; но поскольку крыльчатка оказывала видимое влияние на поток, и очевидное вращение последнего не было достаточно удовлетворительным, эксперимент не привел к определенным выводам.
Мне не удалось получить это явление от разрядной катушки, хотя каждое второе такое явление с ее помощью можно получить — много и фактически гораздо лучше, чем от катушки, запитанной от генератора.
Возможно, можно получить кистевой разряд при помощи однонаправленных импульсов или от постоянного потенциала, в таком случае он будет более восприимчив к магнитным полям.
При работе с индукционной катушкой на токах высокой частоты мы с удивлением впервые понимаем, как важно соотношение емкости, самоиндукции и частоты для конечного результата. Воздействие емкости наиболее впечатляет, так как в этих опытах самоиндукция и частота очень высоки, а критическая емкость очень мала, и нужны небольшие изменения для получения впечатляющих изменений. Экспериментатор может прикоснуться к выводам вторичной обмотки или присоединить к одному или обоим выводам изолированные предметы небольшого объема, такие, как, например, лампочки, и может получить значительное увеличение или снижение напряжения, а также значительно повлиять на ток в первичной обмотке. В ранее показанном опыте, когда разряд щетки появляется на проводе, присоединенном к одному выводу катушки, и провод колеблется, когда экспериментатор прикасается изолированным предметом к другому выводу катушки, очевидно наблюдается внезапный рост потенциала.
Я могу показать вам, как катушка ведет себя по-иному, и это тоже интересно. Здесь у меня небольшая алюминиевая крыльчатка, присоединенная к игле и способная свободно вращаться на металлическом предмете, прикрученном к выводу катушки. Когда катушка включается, молекулы воздуха ритмично притягиваются и отталкиваются. Так как сила отталкивания больше силы притяжения, то на лопасти крыльчатки оказывается соответствующее сильное воздействие. Если бы крыльчатка была изготовлена из простой металлической пластины, то сила отталкивания была бы одинаковой для обеих ее сторон и не оказывала никакого действия. Но если одну из поверхностей экранировать, или бомбардировку этой поверхности ослабить тем или иным способом, сила отталкивания продолжает воздействовать на другую сторону, и крыльчатка начинает вращаться. Экранирование лучше всего осуществить, разместив на одной из сторон изолированное токопроводящее покрытие, или, если крыльчатка сделана в форме обычного пропеллера, разместив на одной из сторон, ближе к ней, изолированную металлическую пластину. Без статического экрана, однако, можно обойтись, воспользовавшись толщиной изолятора, прикрепленного к одной из сторон крыльчатки.
Для того чтобы показать поведение катушки, крыльчатку можно разместить на выводе и она сразу станет вращаться, когда через катушку пропускается ток очень высокой частоты. При постоянном потенциале, конечно, и даже при работе тока низкой частоты, она не будет вращаться, вследствие очень незначительного обмена воздуха и слабой бомбардировки; но в последнем случае она будет вращаться, если потенциал очень высок. Колесико на шпильке, наоборот, подтверждает правильность другого правила: оно вращается лучше всего при постоянном потенциале, а усилие тем меньше, чем выше частота. Итак, довольно легко настроить условия таким образом, чтобы потенциала было недостаточно для вращения крыльчатки, но чтобы при соединении другого вывода катушки с изолированным предметом он поднимался до значения, при котором крыльчатка вращается, и чтобы также было нетрудно остановить вращение, присоединив к выводу предмет других размеров, уменьшающий потенциал.
Вместо крыльчатки в этом опыте мы можем использовать «электрический» радиометр, который даст такой же эффект. Но в таком случае выясняется, что лопасти вращаются только при разрежении или обычном давлении; при небольшом повышенном давлении они вращаться не будут, так как воздух имеет высокие токопроводящие свойства. Это любопытное наблюдение было сделано совместно — мной и профессором Круксом. Я приписываю результат высокой токопроводящей способности воздуха, молекулы которого не ведут себя, как отдельные носители зарядов, но действуют как единый проводник. В таком случае, конечно, если вообще существует отталкивание молекул от лопастей, эта сила должна быть очень мала. Возможно, однако, что результат отчасти объясняется тем, что большая часть заряда проходит по подводящему проводу через газ-проводник вместо того, чтобы рассеиваться с проводящих лопастей.
При попытках воспроизвести описанный опыт с электрическим радиометром потенциал не должен превышать определенного значения, так как электростатическое притяжение между колбой и лопастями может быть настолько сильным, что вращение прекратится.
Самой любопытной особенностью переменных токов высокой частоты и напряжения является то, что они позволяют нам проводить опыты с одним проводом. Во многих отношениях эта особенность представляет огромный интерес.
В том типе мотора переменного тока, который я изобрел несколько лет назад, я добивался вращения путем индукции при помощи однофазного переменного тока, пропущенного через контур мотора, на массе мотора или в других его контурах, вторичных токов, которые, вместе с первичными, или индукционными токами, создавали движущее силовое поле. Простую и несколько грубоватую форму такого мотора можно получить, намотав на железный сердечник первичную обмотку, а рядом с ней вторичную, соединив концы последней, и поместив свободно вращающийся металлический диск в поле обеих обмоток. Железный сердечник применяется в силу очевидных причин, но это не принципиально для опыта. Для улучшения работы мотора, железный сердечник сделан так, что он охватывает якорь. Еще одно улучшение — вторичная обмотка частично наложена на первичную, с тем чтобы она не была свободна от ее индукционного воздействия и не отталкивала силовых линий ее поля. И еще одно улучшение — надлежащий сдвиг по фазе между первичным и вторичным токами достигается при помощи конденсатора, самоиндукции, сопротивления или соответствующих витков.
Я выяснил, однако, что вращение достигается при помощи одной обмотки и сердечника, и объясняю это явление тем, и это главная мысль при проведении опыта, что при намагничивании сердечника существует отставание по времени. Я помню, с каким удовольствием в записках профессора Эйртона, которые попали ко мне позже, я прочитал об идее временной задержки. Действительно ли это временная задержка или запаздывание происходит благодаря действию вихревых токов, циркулирующих в устройстве, — этот вопрос открыт, но фактом остается то, что если через обмотку, намотанную на железный сердечник, пропустить переменный ток, создается силовое движущее поле, способное привести якорь в движение. Интересно упомянуть, с связи с историческим опытом Араго, что в моторах, основанных на задержке или сдвиге по фазе, я добивался вращения в направлении, обратном направлению движения поля, что означает, что в том опыте магнит может не вращаться, а может вращаться в направлении, противоположном направлению вращения диска. Вот перед нами мотор (схематично показанный на рисунке 17), состоящий из обмотки и железного сердечника, а также свободно подвешенного медного диска, расположенного вблизи сердечника.
Для демонстрации новой и интересной особенности я выбрал, по причине, которую объясню, именно этот тип мотора. Когда концы обмотки соединяются с выводами генератора, диск начинает вращение. Но это не тот опыт, теперь уже хорошо известный, а показать хочу тот, где этот мотор вращается при помощи только одного подключенного вывода, то есть, один вывод мотора соединен с одним выводом генератора — в нашем случае со вторичной обмоткой индукционной катушки высокого напряжения, — другие выводы мотора и генератора изолированы и свободны. Для получения вращения обычно (но не абсолютно всегда) необходимо присоединить свободный конец обмотки мотора к изолированному предмету какого-либо размера. Тела экспериментатора более чем достаточно. Если он дотронется предметом, который держит в руке, до свободного вывода, то через обмотку пройдет ток и диск начнет вращение. Если к обмотке последовательно подключить вакуумную трубку, то она ярко засветится, указывая на наличие сильного тока. Вместо тела экспериментатора с тем же успехом можно использовать металлическую пластину, подвешенную на проводящем шнуре. В данном случае пластина действует как конденсатор, подключенный последовательно к обмотке. Она компенсирует самоиндукцию последней и позволяет прохождение сильного тока. В таком сочетании чем больше самоиндукция, тем меньше должна быть пластина, а это означает, что для работы мотора требуется более низкая частота, следовательно, и более низкое напряжение. Одна обмотка, намотанная на сердечник, имеет высокий показатель самоиндукции; в основном по этой причине данный мотор был выбран для проведения этого опыта. Если бы мы имели на сердечнике вторичную обмотку, то она уменьшала бы самоиндукцию, и нам потребовались бы высокая частота и напряжение. Ни то, ни другое нежелательно, так как высокий потенциал мог нанести вред изоляции небольшой первичной обмотки, а высокая частота привела бы к уменьшению вращательного момента.
Следует отметить, когда в таком моторе применяется замкнутая вторичная обмотка, совсем нелегко при высокой частоте получить вращение, поскольку вторичная обмотка почти полностью отсекает силовые линии первичной — и тем сильнее, чем выше частота, позволяя проходить только слабому току. В таком случае, если только вторичная обмотка не замкнута через конденсатор, крайне важно, чтобы добиться вращения, расположить первичную и вторичную обмотки более или менее внахлест.
Но у этого мотора есть и еще одна интересная особенность, а именно: между мотором и генератором вообще не требуется никаких соединений, может быть, только через землю, ибо изолированная пластина способна не только отдавать энергию в пространство, но и получать ее из переменного электростатического поля, хотя в последнем случае количество энергии намного меньше. В данном примере один из выводов мотора соединен с изолированной пластиной или предметом, находящемся в переменном электростатическом поле, а другой вывод предпочтительно заземлен.
Вполне возможно, однако, что такие «беспроводные», если их можно так назвать, моторы могут работать от передачи энергии через разреженный воздух с больших расстояний. Переменные токи, особенно высокочастотные, поразительно свободно проходят даже через слаборазреженные газы. Верхние слои воздуха разрежены. Для того чтобы продвинуться на несколько миль в пространстве, требуется преодолеть лишь механические трудности. Нет никакого сомнения в том, что при высоких потенциалах, которые можно получить при помощи высоких частот и масляной изоляции, светящиеся разряды могут преодолевать многие мили в разреженном воздухе, и что таким способом, используя энергию в несколько сот тысяч лошадиных сил, можно питать моторы и лампы на значительном расстоянии от стационарных источников. Но подобные схемы я упоминаю только как возможные. Нам вообще не потребуется передача энергии. Прежде чем сменятся несколько поколений, наши машины будут получать энергию в любой точке вселенной. Эта идея не нова. Человечество пришло к ней уже давно, ведомое разумом и инстинктом. Ее высказывали по-разному и в разных местах в древнейшей и новейшей истории. Мы находим ее в прекрасном мифе об Антее, который использует мощь Земли; мы находим ее в тонких размышлениях одного из ваших выдающихся математиков и во многих намеках и высказываниях мыслителей современности. Везде в космосе есть энергия. Она статическая'или кинетическая? Если статическая, то наши надежды напрасны; если кинетическая — а мы знаем, что это так, уверены в этом, — то только вопрос времени, когда же люди смогут подключиться к самой природной сети. Из всех, живых и мертвых, Крукс наиболее приблизился к решению. Его радиометр вращается при свете дня и во тьме ночи; он вращается везде, где есть тепло, а тепло есть везде. Но, к сожалению, его прекрасное маленькое устройство, что касается развития, а это и есть самое интересное, следует внести в список самых неэффективных машин, которые когда-либо создавались!
Описанный перед этим опыт только один из ряда равно интересных экспериментов, которые можно производить, применяя только один провод, с переменным током высокого потенциала и высокой частоты. Мы можем подключить изолированный провод к источнику такого тока, пропустить по нему ток малой силы, и в любой его точке получить сильный ток, способный расплавить толстый медный провод. Или можем, при помощи какого-нибудь устройства, разлагать раствор в любой электролитической ячейке, соединив один из полюсов банки с таким проводом или источником энергии. Мы также можем, присоединив к проводу или только приблизив к нему, зажечь лампу накаливания, вакуумную трубку или флюоресцентную колбу.
Каким бы неприемлемым ни казался этот план действий во многих случаях, он всё же практичен, и рекомендуется для производства света. Усовершенствованная лампа потребует небольшого количества энергии, и если провода вообще потребуются, мы должны будем научиться подавать такую энергию без обратного провода.
Теперь признанным фактом является то, что тело можно накалить или заставить светиться, либо подключив его одним проводом, либо просто приблизив к источнику импульсов надлежащего характера, и что в таком случае количества света достаточно для того, чтобы изготовить практичный источник его. Следовательно, по меньшей мере, стоит постараться определить наилучшие условия и изобрести наилучшие приборы для достижения такой цели.
Некоторый опыт в этом направлении уже имеется. И я остановлюсь на нем подробнее в надежде на то, что эти эксперименты окажутся полезными.
Нагрев проводника, заключенного в колбу и присоединенного к источнику переменного тока большой частоты, зависит от стольких вещей различной природы, что трудно сформулировать общее правило, по которому происходит максимальный нагрев. Что касается размеров сосуда, то недавно я обнаружил, что при обычном или близком к обычному атмосферном давлении, когда воздух хорошо изолирует, и, следовательно, практически такое же количество энергии той же частоты и потенциала отдается предметом, неважно большая колба или маленькая, предмет хорошо нагревается, если его заключить в небольшую колбу, так как локализация тепла в этом случае выше.
При пониженном давлении, когда воздух более или менее проводит ток, или если воздух достаточно нагрет для того, чтобы стать проводником, тело накаляется сильнее в более просторной колбе, очевидно, потому, что при всех одинаковых условиях испытания, тело отдает больше энергии в большой колбе.
При высокой степени вакуумизации, когда вещество в колбе становится «лучистым», у большой колбы также имеется преимущество, но совсем небольшое.
И, наконец, при крайне высокой степени разряжения, которой нельзя достичь без применения специальной аппаратуры, за исключением случаев, когда сосуд очень мал, нет различимых отличий в степени нагрева.
Эти наблюдения явились результатом нескольких опытов, из которых один, который демонстрирует эффект размера колбы при высокой степени разряжения, можно описать, так как он имеет интересную особенность. Взяли три круглые колбы диаметром 2, 3 и 4 дюйма и в центре каждой поместили нить накаливания одинаковой длины и толщины. В каждой колбе часть нити была соединена с платиновым подводящим проводом, помещенным в стеклянную ножку, впаянную в колбу; при этом, конечно, прилагались все усилия для того, чтобы во всех трех случаях устройство было одинаковым. Каждая была заключена в трубку из полированного алюминия, которая удерживалась пружиной. Назначение этой алюминиевой трубки будет объяснено позже. В каждой колбе часть нити одинаковой длины выступала из металлической трубки. Теперь достаточно сказать, что при таких условиях нити одинаковой длины и толщины — иными словами тела одинакового объема — накаливались. Три колбы были припаяны к стеклянной трубке, соединявшейся с насосом Шпренгеля. При достижении высокой степени разряжения стеклянная трубка была запаяна. Затем был подан ток последовательно к каждой колбе и было обнаружено, что все нити накалились примерно одинаково, разве только самая маленькая колба, расположенная между двумя побольше, светилась немного ярче. Этот результат был ожидаем, так как, когда загоралась каждая из ламп, свечение проходило через две другие, поскольку все три колбы представляли собой один сосуд. Когда все три лампы соединили с катушкой параллельно, в самой большой нить горела ярче всех, в средней немного тусклее, а в самой маленькой нить была немного красной. Затем колбы запаяли и включали отдельно. Яркость нитей теперь была такова, какой должна была быть, исходя из предположения, что отдаваемая энергия пропорциональна поверхности колбы, причем эта поверхность в каждом случае представляет собой одну из пластин конденсатора. Соответственно, разница между самой большой и средней была меньше, чем разница между средней и маленькой колбами.
Во время этого опыта было сделано интересное наблюдение. Все три колбы подвесили на оголенном проводе, соединенном с выводом катушки, большую — на конце провода, маленькую — на некотором расстоянии, а среднюю — на таком же расстоянии от маленькой. Нити в обеих больших лампах горели, как и ожидалось, в то время как в маленькой она не добрала и ожидаемой степени свечения. Это наблюдение заставило меня сменить положение ламп, и тогда я обнаружил, что какая бы лампа ни оказалась в середине, она будет гореть тусклее, чем с краю. Этот загадочный результат, конечно, был отнесен на счет электростатического воздействия ламп друг на друга. Когда их поместили вдали друг от друга или в углах равнобедренного треугольника из медного провода, они горели соответственно своему размеру.
Что касается формы сосуда, то она тоже важна, тем более при высокой степени вакуумирования. Из всех возможных конструкций наиболее предпочтительна шарообразная с телом из тугоплавкого материала внутри. По опыту ясно, что в таком шаре тугоплавкий предмет определенных размеров значительно легче накалить, чем в колбе другой формы. Преимущество также заключается в придании телу накаливания формы шара, по очевидным причинам. В любом случае тело надо поместить в центр, где атомы, отскакивающие от стен, соударяются. Этой цели легче всего достичь в сферической колбе; но она достижима и в цилиндрическом сосуде, где нить или нити расположены на его оси, а возможно и в параболическом сосуде или сферическом, где тугоплавкие части помещены в его фокусе; хотя последнее вряд ли возможно, так как наэлектризованные атомы должны в любом случае нормально отталкиваться от поверхности, с которой они соударяются, если только скорости не крайние, тогда они, возможно, будут следовать общим правилам отражения. Неважно, какой формы сосуд, если воздух откачан слабо, нити, помещенные в любую точку, будут накаливаться одинаково; но если воздух откачан сильно и колба имеет сферическую или грушевидную форму, как обычно, то образуются фокальные точки и нить накаливается сильнее всего в этих точках или поблизости от них.
Для иллюстрации этого эффекта у меня имеются две небольшие одинаковые колбы с разной степенью вакуумирования. При подключении к катушке нить в той колбе, откуда воздух откачан слабо, накаливается одинаково по всей длине, в то время как в последней та часть нити, что расположена ближе к центру колбы, светится гораздо более интенсивно, чем остальные. Любопытно то, что это явление наблюдается, даже если две нити поместить внутрь и каждую соединить с выводом катушки, и, что еще более любопытно, если они расположены рядом, конечно, при условии, что воздух совсем откачан. Во время опытов я заметил, что нити перегорают в определенный момент, и вначале приписывал это качеству угля. Но когда это произошло несколько раз подряд, понял, почему это происходит.
Для того чтобы накалить тугоплавкое тело в колбе, желательно, по причине экономии, чтобы вся переданная в колбу от источника энергия достигла этого тела без потерь; оттуда, и только оттуда, она должна испускаться. Конечно, не подлежит сомнению, что нельзя достичь этой теоретической цели, но при помощи правильной конструкции осветительного прибора можно приблизиться к ее достижению.
По многим причинам накаливаемое тело помещают в центр колбы, обычно оно расположено на стеклянной ножке, через которую проходит подводящий провод. Поскольку потенциал на этом проводе переменный, то разреженный газ вокруг этой ножки подвергается индукции, она нагревается и подвержена бомбардировке. Таким образом, большая часть энергии, предназначенная для освещения, — особенно, когда используется высокая частота, — может теряться. Дабы избежать этих потерь,чили по крайней мере свести их к минимуму, я обычно экранирую разреженный газ от индукции провода, помещая его в трубку из проводника. Сомнений не вызывает, что из всех металлов для этой цели наиболее пригоден алюминий по причине своих многочисленных замечательных свойств. Единственный его недостаток в том, что он легкоплавкий и, следовательно, надо правильно разместить его по отношению к телу накаливания. Обычно изготавливается трубочка, диаметр которой немного меньше диаметра стеклянной ножки, и надевается на нее. Трубочка изготавливается путем оборачивания на токарном станке алюминиевой полосы нужного размера вокруг сердечника, при этом надо зажимать полоску плотно при помощи чистой замши или промокательной бумаги, а сердечник вращать очень быстро. Полоска плотно наматывается вокруг сердечника и таким образом получается двух- или трехслойная трубка. При надевании на ножку давления обычно хватает, чтобы трубочка не соскользнула, но для верности нижнюю кромку стоит загнуть внутрь. Верхний внутренний угол полоски — тот, что ближе всего к телу накаливания, — следует отрезать по диагонали, так как он, находясь ближе всего к источнику тепла, часто заворачивается и почти касается или даже касается подводящего провода или нити, поддерживающей тело накаливания. В таком случае большая часть поступающей в колбу энергии расходуется на нагревание трубочки, и лампа становится бесполезной. Алюминиевая трубочка должна выступать над стеклянной ножкой — на дюйм или два, — в противном случае стекло будет находиться слишком близко к раскаленному предмету, сильно нагреется и станет более или менее сносным проводником и вследствие своей проводимости установит электрический контакт между металлической трубкой и подводящим проводом, причем большая часть энергии, опять же, израсходуется на нагрев последнего. Посему лучше сделать верхний конец трубки диаметром в 1 дюйм или меньше. Для того чтобы еще уменьшить опасность, возникающую от нагревания стеклянной ножки, а также для того, чтобы предотвратить контакт между металлической трубкой и электродом, предпочитаю обернуть ножку несколькими слоями тонкой слюды, которая по ширине совпадает с металлической трубкой. В некоторых колбах я также применял внешний изолирующий колпачок.
Приведенные замечания предназначены для экспериментаторов на первых стадиях опытов, так как трудности, с которыми они встретятся в дальнейшем, каждый преодолеет по-своему.
Для иллюстрации эффекта экранирования я взял две лампы одинакового размера, размещение их стеклянных ножек, проводов подводки и соединенных с ними элементов накаливания должно быть абсолютно одинаковым. Ножка одной лампы имеет алюминиевый колпачок, на ножке другой его нет. Сначала обе лампы были соединены с насосом Шпренгеля. Когда был максимально откачан воздух, скачала отсоединили и запаяли основную трубку, затем обе лампы. Итак, уровень разряжения в обеих одинаков. Когда их поочередно соединяют с катушкой, дающей определенный потенциал, угольная нить той лампы, где есть металлический колпачок, сильно накаливается, в то время как нить другой лампы, при том же потенциале, даже не краснеет, хотя фактически получает больше энергии, чем первая. Если их вместе подключить к выводу катушки, разница станет еще заметнее, что демонстрирует важность экранирования. Металлический колпачок, надетый на стеклянную ножку с подводящим проводом, фактически выполняет две функции. Первая — он работает более или менее как электростатический экран, таким образом экономя энергию, подаваемую в лампу, и вторая — каким бы плохим экраном он ни был, он выполняет механическую задачу по предотвращению бомбардировки, и соответственно, интенсивного нагрева и возможного повреждения тонкой опоры элемента накаливания, или стеклянной ножки с подводящим проводом. Я говорю тонкой опоры, ибо очевидно, что для более полной локализации тепла на элементе накаливания его опора должна быть действительно тонкой, чтобы забирать как можно меньше тепла вследствие своей проводимости. Из всех опробованных опор я обнаружил, что наилучшая — это обычная нить накаливания, в основном потому, что из всех проводников она может выдерживать наибольшую степень нагрева.
