Я теперь возвращаюсь к эксперименту, о котором я уже упомянул и которым я хочу иллюстрировать поразительный эффект, производимый быстро изменяющейся электростатической силой. Я присоединяю к концу провода, (Рис. 7), который соединен с одной из клемм вторичной обмотки индукционной катушки, вакуумную лампу b. Эта лампа содержит тонкую углеродную нить накала, которая соединена с платиновой проволокой W,запаянной в стекле. Проволока выходит наружу из лампы и соединяется с проводом. Вакуум в лампе может быть получен при помощи обычной аппаратуры, и достигать любых значений. За мгновение до этого вы стали очевидцами распада воздуха между заряженными латунными пластинами. Вы знаете, что стеклянная пластина или любой другой изолирующий материал будут пробиваться похожим образом. А если взять металлическое покрытие и прикрепить его на внешней стороне лампы, или поблизости от нее, а затем соединить этого покрытия с клеммой катушки, то вы будьте готовы увидеть, как поддается стекло, когда напряжение достигло определенного уровня. Даже когда покрытие не соединяется с другой клеммой, но контактирует с изолирующей пластиной, тем не менее, вы будете ожидать разламывания стекла.
Однако вы с удивлением обнаружите, что под действием изменяющихся электростатических сил стекло не выдерживает, если все другие тела удалены из лампы. Фактически, мы полагаем, что все окружающие тела, которые мы воспринимаем, могут быть удалены на бесконечное расстояние, и это никак не повлияет на результат.
Когда катушка начинает работать, стекло неизменно дает трещину в области перемычки, или в другом узком месте, и вакуум быстро исчезает. Такое повреждение не должно происходить при действии постоянной силы, даже если она во много раз больше. Трещина является следствием возбуждения молекул газа в лампе и вне ее. Это возбуждение, которое обычно наиболее сильно в узком, остром месте канала вблизи перемычки, вызывает нагрев и разрыв стекла. Однако, этот разрыв не будет происходить даже при изменении силы, если среда, заполняющая лампу и наружная среда совершенно однородны. Повреждение происходит значительно быстрее, если верх лампы выведен в тонкое волокно. В лампах, применяемых с этими катушками, такие узкие каналы должны быть удалены.
Когда проводящее тело погружено в воздух или похожую изолирующую среду, содержащую или состоящую из маленьких свободно двигающихся частиц, способных наэлектризовываться, и когда электризация тела происходит с очень большой скоростью (с Такой, что справедливо утверждение, что электростатическая сила действует вокруг тела с изменяющейся интенсивностью), то маленькие частицы притягиваются и отталкиваются, и их сильное воздействие на тело может вызвать механическое движение последнего. Явления этого типа заслуживают внимания, так как они не наблюдались при использовании ранее применяемой аппаратуры. Если очень легкую токопроводящую сферу подвесить на очень тонком проводе и зарядить до постоянной, но большой величины разности потенциалов, то она останется неподвижной. Даже если разность потенциалов будет сильно изменяться, но при этом распределение маленьких частиц материи, молекул или атомов будет равномерным, то сфера не будет двигаться. Но если одна сторона проводящей сферы будет покрыта толстым изолирующим слоем, то воздействие частиц на сферу приведет к ее движению, как правило, неравномерному. Рис. 8а. Подобным способом, как я показал в предыдущем случае, вращается вентилятор из листа металла Рис. 8b, частично покрытый изолирующим материалом и помещенный на клемму катушки так, что он может поворачиваться.
Все эти явления, которые вы наблюдали, и другие, которые вы увидите позже, обусловле- ны наличием среды, подобной воздуху и не встречаются в плотной среде. Действие воздуха мо- жет быть лучше проиллюстрировано следующим экспериментом. Я беру стеклянную трубку t, Рис. 9, около одного дюйма в диаметре, в нижнем конце которой имеется платиновый провод w, к которому прикреплена тонкая нить накала f.Я соединяю провод с клеммой катушки и включаю ее. Теперь платиновый провод заряжается положительно и отрица- тельно в быстрой последовательности. Провод и воздух в трубке быстро на- греваются под действием частиц, кото- рое может быть настолько сильным, что нить накаливания раскаляется добела. Но если я налью масло в трубку так, чтобы покрыть им провод, действие прекратится, и нагревания не будет за- метно. Причина в том, что масло это практически непрерывная среда. Види- мый разряд в такой плотной среде происходит с частотой, несравнимо меньшей, чем в воздухе, следовательно, работа в такой среде будет незначительной. Но масло должно вести себя иначе при больших частотах, и тогда может быть выполнена значительно большая работа.
Впервые был замечен так называемый электрический феномен, выражающийся в притяжении и отталкивании между соизмеримыми телами, а также другие проявления действия этой силы. Но хотя они были известны нам многие столетия точная природа задействованного здесь механизма все еще остается неизвестной, и даже не получила удовлетворительного объяснения. Какой тип этого механизма? Мы не скрываем удивления при наблюдении двух магнитов, притягивающихся и отталкивающихся с силой в сотни фунтов при кажущейся пустоте между ними. В наших коммерческих динамо-машинах магниты способны удерживать в воздухе тонны веса. Но что значат даже эти силы, действующие между магнитами по сравнении) огромным притяжением и отталкиванием, производимым электростатической силой, величине интенсивности которой, очевидно, нет предела. В разряде молнии тела часто заряжаются до такой высокой разности потенциалов, что они отбрасываются с невообразимой силой, рвутся на части или распадаются на фрагменты. Но даже эти эффекты не сравнятся с притяжением и отталкиванием, существующими между заряженными атомами и молекулами, и которые достаточны для того, чтобы их скорость достигала многих километров в секунду, так что при сильном столкновении тела раскаляются добела и испаряются. Особенно интересно для мыслителя, который интересуется природой этой силы, будет заметить, что несмотря на то, что действие между отдельными молекулами ли атомами происходит в любых состояниях, притяжение и отталкивание соизмеримых по величине тел предполагает наличие изолирующей среды. Так, если воздух, разреженный или нагретый, обнаруживает большую или меньшую проводимость, то действие между двумя заряженными телами практически прекращается, в то время как взаимодействие между отдельными атомами продолжает происходить.
Эксперимент может послужить иллюстрацией и средством показать другие интересные детали. Некоторое время назад я показал, что нить накаливания или провод, установленные в лампе и подключенные к одной из клемм вторичной катушки высокого напряжения вращаются, при этом верхняя часть нити накала описывает круг. Это колебание было очень энергичным, когда воздух в лампочке находился при обычном давлении, и стало менее энергичным, когда воздух в лампочке стал сильно сжат. Оно прекращалось полностью, когда воздух разрежался до такой степени, что приобретал относительно неплохую проводимость. Я установил, что при сильном вакууме в лампе колебаний не происходит. Но я предположил, что колебания, которые я приписал электростатическому действию между стенками лампы и нитью накала, будут иметь место и при сильном разрежении воздуха. Для того, чтобы проверить это в более благоприятных условиях, была сконструирована лампа, похожая на ту, что изображена
Рис 10. Она состоит из шара b, на шейке которого закреплена платиновая проволока W,к которой присоединена нить накала f. В нижней части шара трубка / окружает нить накала. Разрежение воздуха производилось обычно используемыми для этого приборами.
Эта лампа оправдала мое ожидание в том, что нить накала должна вибрировать и раскаляться при включении тока. Она также показала другую интересную особенность, имеющую отношение к предыдущим замечаниям. А именно: когда нить накала оставалась раскаленной некоторое время, узкая трубка и пространство внутри нее нагревались до высокой температуры. При этом газ в трубке становился токопроводящим, а электростатическое притяжение между стеклом и нитью накала становилось очень слабым, или исчезало совсем, и нить накала успокаивалась. Когда нить накала успокаивалась, она накалялась еще более сильно. Вероятно, это происходит из-за того, что она занимает положение в центре трубки, где молекулярная бомбардировка была более интенсивна, а также отчасти из-за того, что отдельные столкновения были более сильными, и никакая часть задействованной энергии не преобразовывалась в механическое движение. Поскольку, в соответствии с общепринятой точкой зрения, в этом эксперименте накаливание должно приписываться воздействию частиц, молекул, или атомов в нагретом пространстве, следовательно, как объяснение данному действию, эти частицы должны вести себя как независимые носители электрического заряда, погруженные в изолирующую среду. При этом нет силы притяжения между стеклом трубки и нитью накала, так как пространство в трубке, в целом, обладает электропроводностью.
