Чтение онлайн

На Рис. 30 изображен прибор, где S— это помпа Спреигеля, которая была специально сконструирована для этой работы. Запорный кран, который обычно применяется, был удален, и вместо него в горловину резервуара Rвмонтирована пустотелая пробка S.В пробке сделано маленькое отверстие b, через которое опускается ртуть. Размер входного отверстия оопределяется в соответствии с сечением трубки t, которая припаяна к резервуару, вместо того, чтобы быть подсоединенной к нему обычным способом. В конструкции этого прибора устранены некоторые недостатки, позволяющие избежать сложностей, которые часто возникали при использовании запорного крана на резервуаре и соединения последнего с низводящей трубкой.

Помпа через U-образную трубку tподсоединена к очень большому резервуару Rj.При сборке особое внимание следует уделить шлифовке поверхностей пробок ри р j.Обе пробки и ртутные чашки над ними сделаны очень д л и н н ы м и. После того, как U-образную трубку смонтируют и установят на своем месте, ее нагревают, для того, чтобы смягчить и снять напряжение, которое может возникнуть в результате недостатков монтажа. U-образная трубку оснащена запорным краном и двумя отводами: gи gj.Один из отводов, подключаемый к маленькой лампе b, обычно заполняется каустической содой, а другой, подключаемый к приемному резервуару, содержит разреженный воздух.

Резервуар Rjпосредством резиновой трубки подключается к немного большему по размеру резервуару R2. Каждый из двух резервуаров снабжен запорными кранами С/ и С2,соответственно. Резервуар R2 можно поднимать и опускать при помощи колеса и штатива. Диапазон его движений определен так, что если он заполнен ртутью и запорный кран С2закрыт, то когда он поднят, в нем образуется Торричеллева пустота. Он может быть поднят так высоко, что ртуть в резервуаре Rjостанавливается немного выше запорного крана Сj,и когда этот запорный кран закрыт, а резервуар R2опущен так, что в резервуаре R1образуется Торричеллиева пустота, то ртуть может быть опускаться настолько, что полностью заполняет полость последнего. Ртуть заполняет резервуар R2до уровня расположенного немного выше запорного крана С 2.

Емкость помпы и соединений были сделаны настолько маленькими, насколько это было возможно относительно объема резервуара Rj,так как степень разрежения зависит от соотношения этих параметров.

Я объединил обычные средства, указанные в предыдущих экспериментах для получения очень сильного вакуума, с этим аппаратом. В большинстве экспериментов было удобно использовать едкое кали. Я осмелюсь высказать некоторые замечания в отношении его использования. Экономится много времени, и работа помпы улучшается, если в момент установки помпы, или непосредственно перед этим, расплавить и довести едкий кали до кипения. Если этот процесс не проделать, то клеи, которые обычно используются, очень медленно могут испускать небольшая влажность, при наличии которой помпа может работать в течение многих часов не создавая сильный вакуум. Едкое кали нагревается либо спиртовой горелкой, либо пропусканием через него разряда, либо пропуская ток по проходящему через него проводу. Преимущество последнего варианта в том, что нагревание можно повторять значительно быстрее.

Обычно процесс разрежения протекает следующим образом. В начале работы запорные краны С1и С2 открыты, а все другие соединения закрыты. Резервуар R2поднимается до тех пор, пока ртуть не заполнит резервуар R1,и часть U-образной трубки. Когда помпа начинает работать, ртуть должна быстро подниматься в трубке, и резервуар R2опускается, а экспериментатор поддерживает уровень ртути на том же уровне. Резервуар R2 уравновешивается длинной пружиной, которая облегчает действие, а силы трения частей обычно в целом достаточно для того, чтобы удерживать его практически в любом положении. Когда помпа Спренгеля заканчивает свою работу, резервуар R2 опускается еще ниже, ртуть опускается в резервуар R jи заполняет резервуар R2 над которым закрывается запорный кран С2.Воздух, налипший на стенки резервуара R1и абсорбированный ртутью, удаляется, и ртуть освобождается от всего воздуха в резервуаре R2, который он набрал за время долгой работы, перемещаясь вверх и вниз. Во время этого процесса некоторое количество воздуха, которое должно было собираться ниже запорного крана С2,удаляется из резервуара R2 в результате опускания его вниз и открывания крана, который позже перед подъемом резервуара закрывается. Когда весь воздух из ртути удален и он больше не собирается в резервуаре R2 при его опускании, прибегают к действию каустического поташа. Теперь резервуар R2 вновь поднимается до тех пор, пока ртуть в резервуаре Rjне поднимется выше запорного крана С].Каустический поташ расплавлен и находится в состоянии кипения. При этом влага частично удаляется помпой, а частично реабсорбируется. Этот процесс нагревания и охлаждения повторяется много раз, и каждый для абсорбирования и удаления влаги требуется все больше подъемов и опусканий резервуара R2. Таким образом, вся влага удаляется из ртути и оба резервуара приводят в состояние, пригодное для использования. Затем, резервуар R2 вновь поднимают в самое верхнее положение, а помпу оставляют в рабом режиме на длительный период времени. После получения максимально возможного вакуума при помощи помпы, лампу с поташем обычно заворачивают в хлопок, смоченный эфиром для того, чтобы сохранить низкую температуру поташа. Затем резервуар R2 опускают, а на опустошенный резервуар R jнадевают приемный резервуар r, и быстро запаивают.

Когда приносят новую лампу, ртуть всегда должна быть выше запорного крана С],который закрыт для того, чтобы всегда сохранять ртуть и оба резервуара в наилучшем состоянии и ртуть никогда не выливается из резервуара Rj,за исключением случаев, когда помпа достигает наивысшей степени разрежения. Это правило необходимо соблюдать, если Вы желаете успешно пользоваться этим аппаратом.

Используя эти приспособления, я мог совершать процесс очень быстро, и когда прибор был в идеальном состоянии, то было возможно достичь стадии фосфоресценции в маленькой лампе менее чем за 15 минут. Это время определенно является очень быстрым для маленькой лабораторной установки, требующей всего около 100 фунтов ртути.

В обычной маленькой лампе соотношение емкости помпы, приемного резервуара и соединений к резервуару Rсоставляет где-то 1 к 20. Степень достигаемого разрежения получается очень высокой, хотя я и не могу дать точное определение насколько оно велико.

Что больше всего производит впечатление на исследователя при проведении этих опытов, так это поведение газов, которые подвергаются воздействию очень быстро изменяющемуся электростатическому напряжению. Но исследователя не должно покидать сомнение: в наблюдаемых эффектах принимают участие только молекулы и атомы газа, которые нам хорошо известны по результатам химического анализа, или же в них принимает участие еще и другая газообразная среда, включающая в себя атомы и молекулы жидкости, заполняющей пространство. Такая среда, несомненно, должна существовать, и я убежден что, например, даже при отсутствии воздуха и непосредственно прилегающее к нему пространство, должны нагреваться из-за быстро меняющейся разности потенциалов тела. Но такое нагревание не может происходить, если все свободные атомы удалены и остались только атомы однородных, несжимающихся и упругих жидкостей, например, таких как эфир, которые не допускают никаких взаимодействий и столкновений. В этом случае, могут происходить только фрикционные потери и только в той степени, в которой это позволяет само тело.

Поразительно то, что с увеличением частоты импульсов, разряд проходит через газ все легче и легче. В этом плане его поведение прямо противоположно тому, что происходит в металлическом проводнике. В последнем случае полное сопротивление — импеданс — наступает при увеличении частоты. Но газ должен проявлять себя как несколько последовательно включенных конденсаторов: легкость, с которой проходит разряд, возможно, зависит от скорости изменения разности потенциалов. Если это так, тогда в вакуумной трубке даже очень большой длины и вне зависимости от силы тока, не могла бы возникнуть сколь-нибудь существенная самоиндукция. Таким образом, мы с Вами сейчас можем воочию убедиться, что через проводник в газовой среде могут проходить импульсы такой частоты, какую мы только; сможем получить. Если бы мы смогли увеличить частоту до необходимой величины, то смогли бы создать систему распределения электрической энергии, которой заинтересовались бы и газовые компании: металлические трубы, заполненные газом — где металл выступает как изолятор, а газ — как проводник, снабжающий энергией фосфоресцентные лампы и, возможно, устройства, которые еще не изобретены. Нет сомнений в том, что вполне возможно, взять полый медный стержень, создать в нем разрежение газа, и при помощи импульсов достаточно высокой частоты, проходящих по цепям вокруг него, довести газ внутри стержня до высокой степени накаливания. Но поскольку мы еще мало знаем о природе этих сил, то возникают сомнения: а будет ли с такими импульсами медный стержень вести себя как статичный экран? С такими парадоксами и причинами, обуславливающими явную невозможность осуществления тех, или иных проектов, мы сталкиваемся на каждом шагу этого направления работы, а в этом в основном и заключается обаяние исследовательской работы.

А сейчас, я беру короткую и широкую трубку, внутри которой имеется газ с высокой! степенью разреженности, и которая имеет прочное бронзовое покрытие, едва позволяющее свету проходить через него. Металлическая застежка, с крюком для подвешивания трубки, закреплена вокруг средней части последней. Зажим находится в контакте с бронзовым покрытием. Теперь я хочу, чтобы газ внутри трубки стал излучать свет, когда я подвешу трубку на провод, подсоединенный к катушке. Любому, кто захочет провести этот эксперимент в первый раз, не имея никакого предварительного опыта, следует позаботиться о том, чтобы в этот момент никого из посторонних в комнате не было. В противном случае, он может стать объектом насмешек со стороны своих помощников. Однако, несмотря на наличие металлического покрытия, лампа засветилась, и свет отчетливо проступает сквозь нее. Длинная трубка, покрытая алюминиевой бронзой, излучает яркий свет, когда я удерживаю ее в одной руке, а другой рукой касаюсь клеммы катушки. Можно было бы возразить, что покрытия обладают недостаточной степенью электропроводности, а поскольку они обладают высоким сопротивлением, то должны экранировать газ. Они, несомненно, служат хорошим экраном в состоянии покоя, но когда на покрытие воздействует разряд, то экранирующая способность существенно ослабевает. Однако внутри трубки, несмотря на наличие экрана, именно из-за наличия газа, происходит большая потеря.

Если бы мы взяли большую полую металлическую сферу и заполнили ее самым совершенным, несжимаемым жидким диэлектриком, даже несмотря на быстрое изменение потенциалов, внутри сферы у нас не было бы потерь энергии, и, следовательно, сферу можно было бы рассматривать как полностью экранированную. Если бы мы заполнили сферу маслом, то потери энергии были бы значительно меньше, нежели тогда, когда вместо жидкости используется газ, поскольку в последнем случае, возникает сила, вызывающая перемещения, то есть взаимодействия и столкновения частиц внутри сферы.