Когда контакты катушки высокого напряжения, где работают токи с частотой всего 20 000 колебаний в секунду, замкнуты через очень маленькую банку, практически вся энергия проходит через ее диэлектрик, который нагревается, и электростатические эффекты проявляются лишь в небольшой степени. Итак, внешнюю цепь лейденской банки, т. е. дугу и контакты покрытия, можно рассматривать как цепь, генерирующую переменный ток крайне высокой частоты и удивительно высокого напряжения, которая замкнута через покрытия и диэлектрик между ними, и из сказанного становится очевидным, что внешние электростатические эффекты должны быть очень слабыми, даже если использовать удлиненную цепь. Такие условия показывают, что с аппаратурой, которая обычно имеется в распоряжений исследователя, наблюдение мощных электростатических явлений было невозможно, и тот опыт, который мы имеем к настоящему времени, накоплен только благодаря способностям и таланту экспериментаторов.
Но мощные электростатические эффекты — непременное условие производства света так, как показывает теория. Электромагнитные эффекты, в первую очередь, нельзя получить по той причине, что для того, чтобы их получить, нам пришлось бы подавать импульсы на проводник, который еще до того, как необходимой частоты импульсы возникнут, перестанет их излучать. С другой стороны, электромагнитные волны, длина которых во много раз больше длины световых волн и которые вырабатываются посредством резкого разряда конденсатора, использовать, кажется, нельзя, если только мы не хотим применить их воздействие на проводники так, как это делается сейчас, а эта практика расточительна. Мы не можем при помощи таких волн воздействовать на статические заряды молекул или атомов газов и заставить их вибрировать и излучать свет. Длинные поперечные волны, очевидно, не могут дать нужный эффект, так как крайне малые электромагнитные возмущения могут проходить мили в воздухе. Такие темные волны, если только они не имеют длину волн света, не могут, как кажется, возбуждать световое излучение в трубке Гейссле-ра, а световые эффекты, которые порождаются индукцией в трубке, лишенной электродов, я склонен считать имеющими электростатическую природу.
Для получения таких световых эффектов требуются непосредственные электростатические воздействия; какова бы ни была их частота, они могут возбуждать заряды молекул и производить свет. Поскольку импульсы тока нужной частоты не могут пройти через проводник измеримых габаритов, то мы должны работать с газом, и тогда производство мощных электростатических эффектов становится крайне необходимо.
Мне, однако, пришло на ум, что есть много способов получения электростатических эффектов для производства света. Например, мы можем поместить предмет, изготовленный из светопреломляющего материала, внутрь сферы, откуда более или менее откачан воздух, соединить этот предмет с источником тока высокой частоты и высокого напряжения, что заставит молекулы газа ударяться о поверхность на огромной скорости много раз в секунду и, таким образом, при помощи триллионов невидимых молоточков, бить его, пока оно не засветится; или можно поместить некое тело в сосуд с полностью откачанным воздухом в электрически прочный вакуум и, подав ток высокой частоты и высокого напряжения, передавать достаточное количество энергии от него к другим предметам, находящимся в непосредственной близости, или, в общем, вокруг, и так поддерживать любую степень свечения; или мы можем, при помощи высокой частоты и высокого напряжения, возбуждать эфир, переносимый молекулами газа, или их статические заряды, заставляя их вибрировать и излучать свет.
Но так как электростатические эффекты зависят от потенциала и частоты, то для наиболее мощного результата требуется увеличить и то и другое насколько это практически возможно. Возможно, можно достичь неплохого результата, уменьшив один из этих показателей, тогда как другой будет достаточно велик; но мы ограничены в обоих направлениях. Мой опыт показывает, что мы не можем опускаться ниже определенного уровня частоты, ибо тогда потенциал становится настолько велик, что это опасно; а во-вторых, производство света тогда менее эффективно.
Я обнаружил, что при использовании обычных низких частот физиологическое воздействие тока, который требуется для поддержания определенного уровня свечения в трубке длиной четыре фута, которая на концах снабжена внутренним и внешним конденсирующим покрытием, настолько велико, что, я полагаю, может причинить серьезную травму тому, кто не привык к подобным ударам; в то время как при частоте 20 000 колебаний в секунду трубка может светиться так же ярко, но болевых ощущений не почувствуешь. Это в основном объясняется тем, что для получения такого же светового эффекта требуется гораздо меньшее напряжение, а, следовательно, производство света более эффективно. Очевидно, КПД в таких случаях тем выше, чем больше частота, и чем быстрее протекает процесс заряда и разряда молекул, тем меньше энергии теряется в форме темного излучения. Но, к сожалению, мы не можем переступать определенный порог частоты по причине возникающих трудностей в производстве и передаче нужного эффекта.
Выше я уже утверждал, что предмет, помещенный в лампу, в которой есть воздух, сильно нагревается, если его соединить с источником высокого напряжения и высокой частоты. Нагрев в таком случае, по всей вероятности, происходит вследствие бомбардировки предмета молекулами газа, содержащегося в лампе. Если из лампы откачать воздух, нагрев происходит гораздо быстрее, и совсем нетрудно довести до состояния свечения провод или нить накаливания, просто соединив их с одним из выводов катушки нужных размеров. Так, если хорошо известный аппарат профессора Крукса, состоящий из согнутого платинового провода и крыльчатки, закрепленной свободно на нем (рисунок 18), соединить с одним из выводов катушки, — причем соединены могут быть любой конец провода или оба сразу, — провод нагревается до свечения моментально, а слюдяная крыльчатка вращается так, как будто применялся ток из аккумулятора. Тонкая угольная нить или, лучше, пробка, изготовленная из преломляющего свет материала (рисунок 19), даже если они сравнительно плохие проводники, помещенные в колбу с откачанным воздухом, могут сильно светиться; и вот так мы получаем простую лампочку мощностью в нужное количество свечей.
Хорошо ли работают такие лампы, зависит прежде всего от выбора материала предмета, помещаемого в колбу. Поскольку при описанных условиях могут использоваться предметы, изготовленные из материала с высокими преломляющими способностями, — а они плохие проводники и способны длительное время выдерживать высокие температуры, — такие осветительные приборы можно считать вполне удачными.
Некоторые могут подумать, что если из лампочки, в которую помещен преломляющий свет предмет, полностью откачать воздух, — насколько это можно проделать при помощи современной техники, — то нагрев будет не таким сильным, а в абсолютном вакууме он вообще не будет происходить. Мой опыт этого не подтверждает; напротив, чем лучше вакуум, тем проще довести предмет до свечения. Этот результат интересен по нескольким причинам.
В начале этой работы я задался вопросом: можно ли довести до свечения одним конденсаторным действием два предмета из материала с высокими преломляющими способностями, помещенными в колбу, из которой воздух откачан до такой степени, что разряд большой катушки, работающей в обычном режиме, не может пройти? Очевидно, для того, чтобы достичь такого результата, надо применить высокое напряжение и частоту, как это следует из простых подсчетов.
Но такая лампа обладала бы огромным преимуществом перед обычной лампой накаливания с точки зрения КПД. Хорошо известно, что КПД лампы — это в определенной степени функция степени накаливания и что если бы мы могли накаливать нить в несколько раз сильнее, то КПД был бы выше. В обычной лампе это непрактично вследствие разрушения нити, и опытным путем было определено, насколько сильно мы можем ее раскалить. Нельзя сказать, насколько бы увеличился КПД, если бы нить могла выдерживать накаливание беспредельно, так как исследования в этом направлении могут продолжаться до определенного этапа; но есть причины полагать, что этот фактор возрос бы значительно. Можно улучшить лампу, применив короткую и тонкую угольную нить, но тогда провода подводки должны быть толстыми, и, кроме того, есть несколько других соображений, делающих эту модель непрактичной. Но в такой лампе провода подводки могут быть очень маленькими, преломляющий материал может состоять из образцов, излучающая поверхность которых очень мала, так что меньше энергии потребуется для того, чтобы поддерживать надлежащий уровень нагрева; и вдобавок ко всему материалом накаливания не обязательно должен быть уголь, это может быть смесь оксидов, или можно выбрать иной материал, являющийся плохим проводником или диэлектриком, который может выдерживать высокую температуру.