Лекции

Когда потенциал предмета часто колеблется, его структура непременно вибрирует. Если потенциал очень высок, хотя вибрации могут быть нечастыми, скажем, 20 000 в секунду, воздействие на структуру может быть значительным. Предположим, что путем постоянного энергетического воздействия рубин плавится в каплю. Когда формируется капля, она испускает видимые и невидимые волны, которые находятся в четком взаимодействии, а глазу будет видно, что капля обладает определенной яркостью. Предположим, что мы сократим до любого предела количество подаваемой энергии, а вместо этого будем подавать энергию, которая волнообразно изменяется в соответствии с определенным законом. Теперь, когда формируется капля, из нее будут испускаться три вида вибраций — обычные видимые и два вида невидимых волн, то есть обычные темные волны разных длин и вдобавок — волны вполне определенного характера. Последние не существуют при постоянной энергии, и всё же они помогают расшатать и ослабить структуру. Если бы было так, то рубиновая капля испускала бы сравнительно меньше видимых и больше невидимых волн, чем раньше. Так, кажется, когда платиновый провод плавится под воздействием переменного тока высокой частоты, он испускает в точке плавления меньше света и больше невидимого излучения, чем когда на него воздействует постоянный ток, хотя количество энергии, потребленное в процессе плавки, одинаково. Или другой пример, нить накаливания в лампе не способна работать так же долго при токах крайне высокой частоты, как при постоянных токах, при условии, что она одинаково ярко светится. Это означает, что при работе с переменным током, нить должна быть короче и толще. Чем выше частота, то есть чем больше разница между постоянным и переменным воздействием, тем хуже для нити. Но если бы требовалось продемонстрировать правдивость этого высказывания, то ошибочным был бы вывод о том, что такой элемент накаливания, какой используется в этих лампах, быстрее разрушается токами высокой частоты, чем низкой. По опыту могу сказать, что верно как раз обратное: головка лучше выдерживает бомбардировку токами высокой частоты. Это объясняется тем фактом, что высокочастотный разряд проходит сквозь разреженный газ гораздо свободнее, чем разряд низкочастотный или постоянного тока, и это говорит о том, что с первым мы можем работать при более низком потенциале, который производит более слабый удар. Таким образом, если газ для нас не имеет значения, постоянный или низкочастотный ток для нас предпочтительнее; но если действие газа желательно и важно, то требуются высокие частоты.

В процессе проведения этих опытов было сделано много попыток работы с углеродными головками. Электроды, изготовленные из обычных углеродных головок, были определенно более прочными, если их делали с применением высокого давления. Электроды, которые получались хорошо известными способами, не давали таких результатов: от их воздействия колбы вскоре чернели. По результатам многих опытов я могу судить, что нити накаливания, изготовленные такими методами, хороши при работе только с постоянным или низкочастотным переменным током. Некоторые типы углерода такие прочные, что для того, чтобы довести их до точки плавления, головки приходилось делать очень маленькими. В таком случае очень трудно вести наблюдение по причине интенсивного нагревания. Тем не менее нет никакого сомнения в том, что все типы углерода плавятся при молекулярной бомбардировке, но в жидком состоянии он очень нестабилен. Из всех опробованных элементов два доказали свою наивысшую прочность — алмаз и карборунд. Их характеристики примерно одинаковы, но последний более предпочтителен по многим причинам. Поскольку, скорее всего, этот материал широко не известен, я позволю себе привлечь к нему ваше внимание.

Его недавно изобрел г-н Е.-Г. Ачесон из города Мононгахила (штат Пенсильвания, США). Он предназначен для того, чтобы заменить алмазный порошок при шлифовке драгоценных камней и т. д. и мне сообщили, что он справляется с этой задачей вполне успешно. Я не знаю, почему его назвали «карборунд», может быть, есть что-то в процессе его изготовления. Благодаря любезности изобретателя, мне удалось недавно получить некоторое количество этого материала, который я намеревался испытать, изучив его способность к свечению и устойчивость к высоким температурам.

Карборунд бывает двух видов — в виде кристалла и виде порошка. Первый темный, но очень яркий; второй почти такого же цвета, как алмазный порошок, но более мелкий. При осмотре под микроскопом образцы переданных мне кристаллов вроде бы не имели определенной формы, скорее напоминали кусочки яичной скорлупы отличного качества. Большинство из них были матовыми, но некоторые были прозрачными и разноцветными. Кристаллы похожи на углерод с вкраплениями; они очень твердые и долгое время выдерживают даже пламя кислородной горелки. Когда на них направлено пламя горелки, они сначала образуют слоистую компактную структуру, по-видимому, вследствие вкраплений. Эта масса долгое время может выдерживать пламя без последующего плавления; но по мере дальнейшей обработки выделяется стекловидный осадок, который, как я полагаю, есть расплавленный глинозем. При сильном сжатии кристаллы показывают хорошие качества, по не такие, как настоящий углерод. Порошок, который каким-то образом получают из кристаллов, практически не проводит ток. Это превосходный материал для шлифовки камней.

У меня было слишком мало времени, чтобы провести удовлетворительные исследования свойств этого материала, но за несколько недель я получил достаточный опыт, чтобы сказать, что он обладает некоторыми замечательными свойствами. Он выдерживает крайне высокие температуры, слабо распадается при молекулярной бомбардировке и не пачкает колбу, как обычный углерод. Единственная сложность, с которой я столкнулся при его использовании во время опытов, — мне трудно было отыскать крепежный материал, который так же хорошо выдерживал бы нагрев и бомбардировку, как карборунд.

Здесь у меня несколько ламп, в которых головки из карборунда. Для того чтобы изготовить такие головки, я поступаю следующим образом: я беру обычную нить накаливания и обмакиваю ее конец в деготь или иную вязкую жидкость, которая быстро обугливается. Затем я продеваю нить через кристаллы и держу вертикально над горячей пластиной. Деготь размягчается и образует каплю на конце нити, а кристаллы прилипают к капле. Регулируя расстояние до пластины, я высушиваю деготь, и головка становится твердой. Затем я еще раз обмакиваю головку в деготь и снова держу над пластиной, пока деготь не испарится, оставляя после себя только твердую субстанцию, которая крепко связывает кристаллы. Если требуется головка побольше, я повторяю процедуру несколько раз, а также покрываю нить кристаллами пониже головки. Когда головка помещается в колбу, при хорошей степени вакуумирования, сначала слабый, а потом сильный разряд пропускается через колбу для обугливания дегтя и устранения всех газов, а затем головка сильно накаляется.

При использовании порошка лучше всего действовать так: я развожу плотный раствор карборунда и дегтя и пропускаю через него нить. Стерев после этого большую часть раствора при помощи замши, я держу нить над горячей плитой, пока деготь не испарится и покрытие не станет твердым. Я повторяю этот процесс столько раз, сколько надо, чтобы достичь нужной толщины покрытия. На конце нити я делаю головку так, как уже рассказал.

Нет сомнения в том, что такая головка — правильно изготовленная под большим давлением — из карборунда, особенно из порошка хорошего качества, выдержит бомбардировку не хуже любого известного материала. Проблема в том, что крепежный материал не выдерживает и карборунд медленно уносится через некоторое время. Поскольку он нисколько не затемняет колбу, его полезно было бы использовать для покрытия нитей накаливания в обычных лампах, и я думаю, что из него даже можно изготавливать нити или стержни, которые заменят обычные нити накаливания. Покрытие из карборунда кажется более прочным, чем остальные, не только потому, что этот материал может держать высокую температуру, но и потому, что он, кажется, хорошо соединяется с углеродом, лучше, чем все остальные известные мне материалы. Покрытие из циркония или иного оксида разрушается гораздо быстрее. Я изготавливал головки из алмазной пыли таким же образом, как из карборунда, и они по прочности почти приблизились к нему, но связующий материал не выдержал гораздо быстрее; хотя это я склонен объяснить размером и неровностями зерен алмазов.

Было интересно выяснить, обладает ли карборунд свойством фосфоресценции. Здесь, конечно, надо быть готовым к столкновению с двумя проблемами: во-первых, что касается сырья — кристаллов, они хорошие проводники, а как известно, проводники не светятся; во-вторых, порошок, если он очень мелкий, вряд ли хорошо продемонстрирует это свойство, поскольку мы знаем, что когда кристаллы, даже такие, как алмаз или рубин, растерты в мелкий порошок, они в значительной степени теряют способность к свечению.

Здесь встает вопрос, может ли проводник фосфоресцировать? Что в теле, например в металле, есть такого, что лишает его способности к свечению, если только это не сама способность проводить ток? Ибо факт, что большинство светящихся предметов теряют эту способность, когда они нагреты достаточно, чтобы стать проводником. Тогда, если металл в основном, а может быть, и полностью, лишить этого свойства, он станет способен светиться. Следовательно, возможно, что при очень высоких частотах, когда он ведет себя как диэлектрик, металл или другой проводник, может демонстрировать способность к свечению, даже если он совершенно не способен светиться под воздействием низкочастотного разряда. Есть, однако, еще один способ, при котором проводник может демонстрировать, по крайней мере, кажущееся свечение.

В настоящее время еще существуют значительные сомнения по поводу того, что такое свечение, или фосфоресценция, и все ли явления, объединенные этим понятием, вызваны одинаковыми причинами. Предположим, что в вакуумной колбе под ударами молекул поверхность металлического предмета или другого проводника сильно светится, но в то же время оказывается, что он относительно прохладный, можно ли такое свечение назвать фосфоресценцией? Такой результат, хотя бы и теоретически, возможен, так как это всего лишь вопрос потенциала и скорости. Предположим, что потенциал электрода, а следовательно, и скорость испускаемых атомов, достаточно высоки, тогда поверхность металлического тела, о которое ударяются атомы, станет раскаленной, поскольку процесс выработки тепла пойдет несравнимо быстрее, чем процесс излучения и отвода его с поверхности удара. На первый взгляд наблюдателя один удар атома вызовет мгновенную вспышку, но если удары будут повторяться с достаточной скоростью, они будут оказывать постоянное воздействие на сетчатку глаза, и тогда поверхность металла будет казаться постоянно раскаленной, равномерно интенсивно светящейся, в то время как на самом деле свет будет иметь прерывистый характер или, по крайней мере, будет периодически менять интенсивность. Металлический предмет нагреется до предела равновесия, до того уровня, когда энергия, которая излучается постоянно, будет равна энергии, подаваемой скачкообразно. Но подаваемой энергии может не хватить при таких условиях для того, чтобы довести нагрев до температуры выше среднего значения, особенно если частота ударов атомов очень низка и ее хватает только на то, чтобы глазу была незаметна флуктуация интенсивности излучаемого света. Тогда тело, соответственно характеру получаемой энергии, будет излучать сильное свечение, но находиться при этом на сравнительно низком температурном уровне. Как же может назвать наблюдатель свечение, происходящее при таких обстоятельствах? Даже если анализ света и даст ему что-то определенное, всё же он отнесет это явление к разряду фосфоресценции. Вероятно, таким образом и проводники и диэлектрики могут находиться в состоянии свечения определенной интенсивности, но количество энергии, необходимой для этого, будет варьироваться в зависимости от свойств материала.

Эти и последующие высказывания приводятся для того, чтобы обозначить любопытные свойства переменного тока или электрических импульсов. С их помощью мы можем заставить тело излучать больше света при определенной средней температуре, чем если бы оно излучало при постоянной подаче энергии; а также мы можем довести тело до точки плавления и заставить его излучать меньше света, чем если бы это происходило при подаче энергии обычными средствами. Всё зависит от того, как мы подаем энергию и какие возбуждаем колебания: в одном случае колебаний больше, в другом — меньше, их количество соотносим с возможностями нашего зрения.