Никола Тесла - Лекции
Любой, кто начинает изучать эту проблему, склонен думать, что в лампе с электродом нам надо достичь высокой степени накала последнего. Это ошибка. Высокая степень накала головки — это необходимое зло, но на самом деле нам нужна высокая степень свечения газа вокруг головки. Иными словами, задача в том, чтобы заставить газ светиться как можно ярче. Чем ярче свечение, тем быстрее средняя вибрация и тем больше экономия при производстве света. Но для того чтобы поддерживать высокую интенсивность свечения газа в стеклянном сосуде, нам нужно изолировать его от стекла; то есть сконцентрировать его как можно плотнее в центре колбы.
Во время одного из опытов, показанных нынче вечером, в середине провода формировался кистевой разряд. Эта кисть была пламенем, источником света и тепла. Она не вырабатывала много тепла и не светилась ярким светом, но стало ли от этого ее пламя меньше и не жгло мне руку? Меньше ли ее пламя от того, что яркость не слепит мои глаза? Задача в том, чтобы внутри колбы получить такое пламя, меньшее по размеру, но несравнимо более мощное. Если бы у нас были средства для производства электрических импульсов высокой частоты и их передачи, от колбы можно было бы отказаться, может быть, оставив ее только для защиты электрода или экономии энергии при помощи концентрации тепла. Но поскольку таких средств нет, то приходится заводить вывод внутрь лампы и разряжать в ней воздух. Это делается только для того, чтобы устройство могло функционировать так, как оно не может при обычном давлении. Внутри лампы мы можем усилить процесс до любой степени — настолько, что кисть начнет излучать мощный свет.
Интенсивность света зависит от частоты и потенциала импульсов, а также от электрической плотности на поверхности электрода. Очень важно использовать самую маленькую головку, чтобы максимально увеличить плотность. Интенсивные удары молекул газа, конечно, очень сильно нагревают маленький электрод, но вокруг него создается воспламененная фотосфера, объемом в сотни раз больше него. Если применяются алмазные, карборундовые или циркониевые головки, то фотосфера может превышать объем головки в тысячу раз. Некоторые могут подумать, что при отсутствии отражения доведенный до крайней степени накала электрод испарится. Но по размышлении, можно прийти к выводу, что теоретически этого не должно случиться, и в этом факте, который, кстати, экспериментально доказан, заключается основное достоинство этой лампы в будущем.
В начале бомбардировки большая часть воздействия оказывается на головку, но когда вокруг нее формируется проводящая фотосфера, нагрузка с головки частично снимается. Чем выше степень накала фотосферы, тем более она по проводимости приближается к электроду и, следовательно, газ и твердый проводник образуют единое целое. В результате — чем далее развивается накаливание, тем большее воздействие оказывается на газ и меньшее — на проводник. Формирование фотосферы, следовательно, и есть средство защиты электрода. Эта защита, конечно, относительна, и не следует думать, что чем выше степень накала, тем меньше портится проводник. И всё же, теоретически, при крайне высоких частотах этот результат должен быть Достигнут, но, возможно, при температуре более высокой, чем та, которую способны выдерживать все известные нам элементы накаливания. Тогда, при наличии такого электрода, который может выдерживать крайне высокую степень бомбардировки и внешнего напряжения, он будет в безопасности независимо от того, насколько запредельными будут нагрузки. В лампе накаливания действуют другие правила. Здесь газ не имеет значения: вся нагрузка ложится на нить, и срок службы лампы уменьшается настолько быстро по мере увеличения степени накала, что мотивы экономии заставляют нас эксплуатировать ее при низкой степени накала. Но если лампа накаливания работает на высокой частоте, то действием газа нельзя пренебрегать, и правила наиболее экономичного режима работы должны меняться.
Для того чтобы довести лампу с одним или двумя электродами до совершенства, необходимо использовать высокочастотные импульсы. Среди прочего — высокая частота обеспечивает два основных преимущества, влияющих на экономичное производство света. Во-первых, разрушение электрода замедляется вследствии того, что мы задействуем много слабых ударов вместо нескольких сильных, которые быстро подрывают структуру материала; во-вторых, облегчается формирование фотосферы.
Для того чтобы свести к минимуму разрушение электрода, желательно получить гармонические вибрации, ибо любая внезапность ускоряет процесс разрушения. Срок службы электрода гораздо больше, если в состоянии накала он поддерживается токами, получаемыми от генератора переменного тока, обеспечивающего более или менее гармонические колебания, чем те, что дает разрядная катушка. В последнем случае наибольший вред наносят внезапные разряды.
Одна из составляющих потерь в такой лампе — это бомбардировка колбы. Так как потенциал очень высок, испускаемые молекулы движутся с огромной скоростью; они ударяются о стекло и обычно вызывают сильную фосфоресценцию. Производимый эффект обычно очень красив, но с точки зрения экономии возможно стоило бы предотвратить или хотя бы свести к минимуму бомбардировку колбы, так как в таком случае, как правило, цель заключается не в фосфоресценции. Эти потери в основном зависят от потенциала импульсов и электрической плотности на поверхности электрода. При использовании очень высоких частот потери энергии от бомбардировки сильно уменьшаются, ибо, во-первых, потенциал, необходимый для выполнения определенной работы, гораздо ниже; а во-вторых, когда вокруг электрода формируется фотосфера, это имеет такой же результат, как если бы электрод был гораздо больше, что означает меньшую электрическую плотность. Но в силу ли уменьшения потенциала или плотности, результат достигается в направлении избегания сильных ударов, которые деформируют стекло за пределами его эластичности. Если бы частоту можно было достаточно увеличить, то потери, связанные с недостаточной эластичностью стекла, можно было бы считать ничтожными. Потери от бомбардировки колбы можно, однако, уменьшить применив два электрода вместо одного. В этом случае каждый электрод можно соединить с одним из выводов; или, если предпочтительнее использовать один провод, один электрод можно соединить с выводом, а второй с землей или с каким-то предметом определенной площади, например абажуром лампы. В последнем случае, если не обдумать всё заранее, один из электродов будет светиться ярче другого.
Но в целом я считаю более целесообразным при работе с высокой частотой использовать только один провод и один электрод. Я убежден, что осветительный прибор ближайшего будущего для своей работы не потребует более одного соединительного провода, и в конечном счете не будет иметь подводящего провода, поскольку необходимая энергия может передаваться сквозь стекло. В опытных лампах подводящий провод в основном применяется для удобства, поскольку использование конденсирующих покрытий так, как показано на рисунке 22, например, связано с трудностью установки деталей, но она преодолима, если будут изготовлены тысячи ламп, иначе энергию можно передавать сквозь лампу точно так же, как и по проводу, при высоких частотах потери очень малы. Такие осветительные приборы, несомненно, потребуют высоких потенциалов, и в глазах практичных людей это может выглядеть как недостаток. На самом же деле использование высокого потенциала — это ни в коем случае не недостаток, если это касается безопасности прибора.
Есть два способа обеспечить безопасность электроприбора. Первый — использовать низкий потенциал, второй — таким образом определить габариты устройства, что оно будет безопасным независимо от того, насколько высокий потенциал в нем применяется. Из этих двух последний кажется мне наилучшим, так как в этом случае достигается абсолютная безопасность, и она не зависит от стечения обстоятельств, которые могут даже прибор низкого напряжения сделать опасным для жизни и собственности. Но практичность требует не только разумного определения габаритов аппарата, но необходимости использования правильного вида энергии. Нетрудно, к примеру, построить трансформатор, способный выдавать при работе от низковольтового генератора, скажем, 50 000 вольт, что требуется для свечения вакуумной трубки, так что, несмотря на высокий потенциал, она абсолютно безопасна, и ее удар не причиняет никаких неудобств. Всё же такой трансформатор был бы очень дорогим и сам по себе неэффективен, а кроме того тот тип энергии, который он вырабатывает, непригоден для экономичного производства света. Экономия требует применения энергии крайне частых колебаний. Проблема производства света подобна проблеме получения высокой ноты при помощи колокола. Назовем ее еле слышной нотой; и даже эти слова не дадут точного значения, настолько удивительна чувствительность глаза. Мы можем наносить сильные удары с большими промежутками, израсходовать много энергии, и всё-таки не получить того, чего хотели; а можем держать ноту при помощи частых легких шлепков и приблизиться к цели больше, расходуя энергии меньше. При производстве света, что касается осветительных приборов, применимо только одно правило, а именно: использовать как можно более высокую частоту, но средства производства и передачи импульсов такого характера накладывают на нас, по крайней мере в настоящее время, большие ограничения. Если принято решение использовать высокую частоту, обратный провод становится не нужен и вся аппаратура упрощается. С применением очевидных средств достигается такой же результат, как если бы использовался обратный провод. Для этого достаточно прикоснуться в лампе или поднести к ней изолированный предмет определенной площади. Конечно, площадь его тем меньше, чем выше частота и потенциал; и тем выше экономия срока службы лампы или другого устройства.
