Статья «Источники света ныне и в будущем» была написана К. А. Чернышевым и опубликована в 1893 году в журнале «Наука и жизнь» (№ 3–5). В ней автор даёт сравнительный обзор осветительных приборов своего времени — свеч, керосиновых ламп, газовых горелок, электрической дуги и первых ламп накаливания — и задаётся вопросом о том, каким станет свет в обозримом будущем.
Эта работа представляет особый интерес как один из ранних научно-популярных текстов, отражающих переход общества от традиционных видов освещения к электрическому свету. В конце XIX века электрическое освещение только начинало проникать в городскую инфраструктуру, но именно в этот период закладывались фундаментальные технические решения, которые впоследствии сделали лампочку самым распространённым электротехническим устройством.
Для современного читателя статья была обработана и переведена в современную орфографию Повным А. В. с сохранением оригинальных формулировок и стиля, что позволяет по-настоящему ощутить контекст научного и технического спора эпохи.
Первоначальный текст публикуется на сайте Школа для электрика в разделе История электричества и может служить полезным историческим материалом как для преподавателей физики, электротехники, так и для историков техники.
Электрики, учёные и практики совершенно справедливо гордятся теми громадными успехами электрического освещения, которые достигнуты ими в самое короткое время. Мы имеем замечательные регуляторы электрического света, усовершенствованные лампы накаливания и, пользуясь проводами от электрической станции, без всяких хлопот и забот в любое время можем получить сколько нам угодно прекрасного света, не портящего в комнатах воздуха, не требующего забот о его поддержании.
Успехи эти быстротой своей обязаны тому большому числу трудившихся сил, которое было призвано к деятельности благодаря особенному интересу нового дела и громадному спросу на электрическое освещение. Кажется, не было ещё другого примера, чтобы в какие-нибудь 10 лет вопрос, поставленный на практическую почву, был так решён и исчерпан, как вопрос об электрическом освещении.
Теперь, когда мы почти достигли предела возможного совершенства в существующих способах электрического освещения, то получили следующий результат, который совсем нельзя назвать неожиданным: все наши чудеса техники в виде ламп накаливания и регуляторов электрического света нужно оставить и вместо них искать других источников света, более экономичных, чем эти лампы и регуляторы.
Однако бросить их, не найдя других, невозможно, и мы временно должны довольствоваться ими, но только временно, пока не найдём других, более совершенных. Придёт время, когда на лампы и регуляторы мы будем смотреть так же, как теперь смотрим, например, на лучину в качестве источника света.
В настоящее время указаны иные источники света, более совершенные, которые, быть может, и послужат на пользу человека в будущем. В связи с этим вопросом стоит замечательная попытка Тесла организовать электрическое освещение на других началах. Поэтому, рассматривая существующие источники света и убеждаясь в их несовершенстве, естественно перейти к предполагаемым источникам будущего и оценке проекта освещения Тесла.
1. Свеча, лампа и газ
Известно, что теплота тела - это быстрое колебание его частиц. Это колебание частиц тела передаётся частицам особой упругой среды, проникающей все тела природы и называемой эфиром. Тепловые колебания в эфире прямолинейно и волнообразно распространяются во все стороны от их источника, то есть от нагретого тела, и представляют собой так называемую лучистую теплоту.
С повышением температуры тела увеличивается быстрота эфирных колебаний, от него распространяющихся. Пока эта быстрота не достигнет около 500 000 миллиардов колебаний в секунду, мы можем ощущать лучистую энергию только в форме теплоты. При быстроте 480 000 миллиардов колебаний в секунду лучи начинают уже действовать на наш глаз: мы ощущаем их в форме света, а тело, посылающее лучи, с этого момента становится видимым, светящимся.
Если бы быстрота колебаний была меньше, то, поддерживая температуру излучающего тела, мы могли бы потратить какое угодно количество теплоты и не получили бы света. Таким образом, лучи света ничем другим не отличаются от лучей теплоты, кроме быстроты эфирных колебаний, и только благодаря физиологическим причинам - устройству нашего глаза - разница между ними нам кажется громадной.
Но самым важным обстоятельством в этих соображениях является следующее. Как бы ни была высока температура излучающего тела, оно всегда продолжает посылать и тепловые лучи, то есть с меньшей быстротой колебаний (и потому не действующие на наш глаз), причём в гораздо большем количестве, чем световые лучи. И ошибочно было бы думать, что при некоторой высоте температуры излучающего тела мы будем получать от него только лучи с наибольшей быстротой колебаний, то есть только световые лучи. Этих последних наблюдается всегда только небольшое количество, и потому любое накалённое тело - это прежде всего источник теплоты и только отчасти, в большей или меньшей степени, - света.
Это «в большей или меньшей степени» зависит от физической природы тела. Меньше световых лучей посылают накалённые газы: известно, что пламя водорода, имеющее очень высокую температуру, едва видно, то есть почти не даёт световых лучей. Наибольшее количество световых лучей дают накалённые твёрдые тела, но и это наибольшее количество всё же невелико. Так, от пламени свечи, керосиновой лампы, газового рожка, благодаря имеющимся в нём частицам угля, световые лучи исходят в таком количестве, которое составляет 2 % всей лучистой энергии, исходящей от пламени; остальные 98 % распространяются в виде лучистой теплоты.
Отсюда следует, что лампа - это источник теплоты, ибо почти вся её энергия (98 %) уходит на производство теплоты; используя же её как источник света, мы сжигаем осветительного материала в 50 раз больше, чем нужно для получения того же света, если бы только умели всю теплоту пламени преобразовать в световые лучи без примеси к ним тепловых. Таким образом, мы не имеем чистых источников света и пользуемся для освещения ничтожным количеством света от источников теплоты.
При повышении температуры количество световых лучей возрастает несколько быстрее, чем количество тепловых лучей: поэтому более яркий свет экономичнее. Например, свет усовершенствованной газовой горелки даёт более 3 % световых лучей.
Но температура пламени газа только около 1400° и естественно ожидать, что при более высокой температуре мы будем иметь большее количество света сравнительно с теплотой, - что и наблюдается, если направить на пламя газа или керосиновой лампы струю кислорода; тогда пламя не только вспыхивает ярким белым светом, но - что гораздо важнее - начинает посылать световые лучи в сравнительно большем количестве (до 5%). (Явление того же характера произойдёт, если частичка угля будет сгорать не в пламени лампы или газа, а прямо в кислороде). Таким образом, свет наших обыкновенных источников - свечи, лампы, газа, - есть свет, посылаемый частицами угля, накалёнными до более или менее высокой температуры.
2. Обратимся теперь к электрическим источникам света
Существуют, как известно, два таких источника: лампы накаливания и вольтова дуга.
Лампа накаливания представляет из себя тонкий уголёк, заключённый в стеклянный баллончик, из которого выкачивают воздух для того, чтобы уголёк не мог сгореть. Когда электрический ток пускают по угольку, он быстро накаливается до высокой температуры и начинает лучеиспускать теплоту и свет. Потому он должен был бы охлаждаться, но электрический ток непрерывно поддерживает в нём постоянную температуру; здесь электрическая энергия непрерывно переходит в энергию тепловатого движения частиц угля, а эта последняя энергия, переходя в форму лучистой теплоты и света - непрерывно рассеивается в пространстве.
Если сделать небольшой перерыв в проводнике, по которому проходит электрический ток, то последний, если он имеет достаточную силу, будет продолжать своё движение по проводнику, переходя перерыв в нём в виде потока искр. Эти искры будут увлекать с собою мельчайшие частички с конечностей проводников.
И сильно (конечно, сообразно с силой тока) и их накалять. Этот поток накалённых частиц в перерыве проводника обыкновенно изгибается в форме дуги и называется вольтовой дугой. Особенно яркий свет дадут нам накалённые частицы угля, а потому, когда пользуются явлением вольтовой дуги для освещения, то употребляют опять-таки уголь, причём его не окружают безвоздушным пространством, как в лампочку накаливания, а предоставляют ему постепенно сгорать в воздухе. При таких условиях расстояние между углями увеличивается и является необходимость, чтобы электрический ток не прекратился, сдвигать постепенно концы углей; для этого служат так называемые регуляторы электрического света.
Яркий свет вольтовой дуги зависит от высокой температуры. Наибольшую яркость имеет в ней конец положительного угля, что вполне соответствует распределению теплоты: температура конца положительного угля доходит до 3900° (С), тогда как конец отрицательного - только 2450°. Температура самой дуги - некоторая средняя, но свечение её слабее углей, что и понятно, если обратить внимание на то, что светящиеся частицы в ней не скучены в такую плотную массу, как на концах углей. Итак, то, что мы называем электрическим светом, есть также свет, посылаемый частицами угля, накалёнными до более или менее высокой температуры - следовательно, совершенно такой же свет, какой мы имеем от свечи, лампы или газа.
Исследования, с помощью термоэлектрического столбика, лучей ламп накаливания и вольтовой дуги показали, что первые дают до 5% световых лучей, а вторые - до 10%. - Таким образом, из числа всех лучей, посылаемых электрическими источниками, от 90% до 95% суть тепловые лучи, а потому и лампа накаливания, и вольтова дуга - суть также прежде всего источники теплоты, а не света.
3. Свет Друммонда - Горение магния - «Живые» светочи - Фосфоресценция
Несомненно, что электрическое освещение имеет много преимуществ перед любым другим, начиная с того, что если оно и не даёт больше света, то не портит воздуха нашего жилья, а там, где это не имеет значения (на открытом воздухе), - оно, по своей яркости, удобно для освещения большого пространства.
Что же касается экономичности электрического освещения, то потеря 90% затрачиваемой в нём энергии, сравнительно с потерей в 95% в других источниках света, - представляет очень небольшой шаг вперёд; и что самое важное - нет никакой возможности ожидать каких-либо успехов в этом направлении, пока освещение будет основано на накаливании угля. Это утверждение основывается на вышеуказанной зависимости количества световых лучей от физического строения лучеиспускающего тела, и потому решения задачи об экономичном освещении следует искать в двух направлениях.
Во-первых, нужно исследовать лучеиспускание других тел при различных условиях, ища тело, имеющее свойство испускать большее количество световых лучей, чем уголь. Во-вторых, отказавшись совсем от освещения накаливанием, искать совершенно иных способов получения световых эфирных волн.
Тело, выбираемое для накаливания, должно при высокой температуре оставаться твёрдым. Такому условию не удовлетворяют все металлы, ибо все они плавятся и испаряются при температуре вольтовой дуги. Удовлетворяют этому условию многие металлические окислы, не плавящиеся и не разлагающиеся при высокой температуре. Так, например, если накалять известь в пламени водорода, то она даст свет (Друммондов свет), не уступающий свету вольтовой дуги. Этот источник света употребляется в волшебных фонарях и не находит себе всеобщего практического применения вследствие несовершенства наших приёмов накаливания.
Замечательную особенность представляет горение магния: по наблюдениям профессора Эдуарда Никольса (в Нью-Йорке) это горение происходит при температуре, приблизительно такой же, как и горение газа, но сопровождается количеством световых лучей, превосходящим таковое от вольтовой дуги в 1,5 раза. Следовательно, сжигая магний, от накалённых частиц его окиси мы получаем 85% тепловых лучей и 15% световых, что, имея в виду невысокую температуру горения, может быть объяснено только таким молекулярным (частичным) строением окиси магния, которое способствует преобразованию теплоты этих частиц в световое волнение окружающего эфира.
Хорошо сделанная лампа для освещения магнием потребляет этого магния в количестве 4,2 миллиграмма в минуту на производство света силой в одну свечу; газа при тех же условиях нужно сжечь 137 миллиграммов, а потому производительность магниевой лампы почти в 30 раз больше, чем газового рожка. Очень возможно, что цена магния при большем на него спросе и при улучшенных способах фабрикации может настолько понизиться, что возможно будет употреблять его для освещения, сжигая его каким-либо более удобным способом, чем это делается теперь.
Что касается способов получения светового волнения без помощи накалённого тела, то этот вопрос занимает в настоящее время умы всех учёных, о чём свидетельствует масса специальных работ в этом направлении. Нельзя сказать, чтобы таких способов не существовало, но они не дают нам практического решения вопроса, т. е. не дают нам света, достаточного для освещения.
Видное место в новейших исследованиях занимают исследования над «живыми» светочами, и наиболее экономичный свет, оказывается, даёт нам светляк острова Кубы - свет, достаточный для того, чтобы читать при нём, а тем более, справлять те несложные житейские дела, которые остаются к вечеру в хижине полудикаря - жителя острова Кубы. Но искусственно такой свет мы не можем получить, несмотря на то, что были всесторонне исследованы причины свечения червя. (В прошлом году в журнал «Наука и жизнь» была помещена обширная статья по этому предмету, под заглавием: «Живые светочи». - Ред.).
Обратимся далее к фосфоресценции. - Явление это, как известно, состоит в том, что некоторые тела обладают способностью светиться в темноте, если перед этим они подвергались действию более или менее яркого света. Некоторые виды плавикового шпата могут светиться в продолжение целых недель, но свечение это так слабо, что им невозможно воспользоваться.
Однако для науки важно ближайшее знакомство с таким явлением, важно знание того, что есть ещё некоторые, пока не изученные, источники света; всесторонне рассматривая явление свечения фосфоресцирующего тела, наука стремится понять это явление и овладеть им настолько, чтобы заставить фосфоресцирующее тело послужить на пользу человеку. Но это опять-таки вопрос будущего, как и свечение животных.
4. Свечение разрежённых газов - Гейслеровы трубки - Объяснение этих явлений
Остаётся, наконец, ещё одно явление, которое представляет из себя не что иное, как электрический свет, действительный электрический свет, в том смысле, что свет этот непосредственно производится электричеством: это свет гейслеровых трубок в изобретении человека, или свет полярного сияния в природе.
Как известно, разрежённый газ представляет также проводник электричества, хотя и во много раз худший, чем металл. При прохождении по нему электричества наблюдается такое явление, какое не имеет места в металлическом проводнике, - именно, газ делается светящимся, причём так незначительно нагревается, что это нагревание ни в каком случае не может быть причиной свечения, а есть, напротив, следствие светового лучеиспускания газа, которое может так же нагревать тела, как и тепловое, ничем не отличаясь от него по природе своей, как только быстротой эфирного дрожания.
Разрежённый газ заключается в трубки различной длины и формы, которые называются трубками Гейслера. - Нет ничего легче, как заставить светиться трубку Гейслера: стоит только соединить платиновые проволочки, проходящие сквозь стекло по её концам, с полюсами самой маленькой катушки Румкорфа, действующей с одним элементом Грене. Можно также соединить трубку с полюсами маленькой машины Гольца.
Можно было бы думать, что здесь мы имеем самый удобный и самый дешёвый источник света; но вся беда заключается в том, что нет возможности получить от трубки столько света, чтобы им можно было пользоваться для освещения. Пробовали делать трубки различной величины и формы, узкие и широкие, пробовали наполнять их различными газами и парами различной плотности - свет всегда получался слабый, даже и в том случае, когда пользовались сильными электрическими токами.
Оставляя без рассмотрения многие интересные явления в разрежённых газах (например, свечение газа, окружающего проводник; стратификацию в гейслеровых трубках; действие магнита на светящийся газ; явления испарения металлов в трубках с сильно разрежённым газом; явления Крукса и проч.), как не имеющие прямого отношения к предмету, считаю нужным, прежде чем перейти к опытам Тесла, указать на три замечательных обстоятельства, наблюдаемых в гейслеровых трубках при сильных токах и имеющих прямое отношение к упомянутым опытам.
Во-первых, если трубка с газом не имеет по концам проволочек, то стоит только обернуть её концы свинцовой бумагой для того, чтобы вызвать в ней свечение газа. - Объяснение следующее.
Известно, что нет абсолютных непроводников электричества, - и те тела, которые мы называем непроводниками, суть только дурные проводники, т. е. тела, представляющие по своей природе большое препятствие течению электричества; с другой стороны, течение электричества с большим напряжением может преодолеть и большое препятствие, а потому ясно, что при достаточном напряжении электричества оно может пройти и по дурному проводнику, особенно если путь электричества будет короткий и на большом пространстве, как в данном случае: электричеству нужно пройти только сквозь тонкую стенку трубки на пространстве всей поверхности соприкосновения свинцовой бумаги со стеклом (совершенно аналогичный случай мы имеем с прохождением света сквозь тонкую пластинку непрозрачного тела; известно, например, что такой непроводник света, как золото, будет просвечивать, если взять из него достаточно тонкую пластинку).
Во-вторых, если мы соединим только один конец трубки с одним из полюсов сильной катушки или электрической машины, то также получим свечение газа, хотя и более слабое. Объясняется это явление очень просто: электричество проходит через газ в трубке, достигает проволоки в другом конце трубки и с этой проволоки, при достаточном напряжении, непрерывно истекает в воздух; поэтому в трубке не прекращается течение электричества, а это именно и нужно для свечения газа.
Если другой конец трубки совсем не имеет ни проволочки, ни обёртки, то и в таком случае будет наблюдаться свечение газа; тогда электричество будет рассеиваться в воздухе со всей поверхности стекла.
Наконец, третье обстоятельство при сильных токах состоит в том, что концы проволочек внутри трубки накаляются и даже могут расплавиться. При этом они дают свет, как всякое накалённое тело.
5. Система освещения Тесла
В опытах с гейслеровыми трубками, как было уже замечено, усиливая ток, натолкнулись на особое явление - накаление концов платиновых проволок (электродов) внутри трубок. В 1881 году Кеннеди (в Англии), задумав воспользоваться этим явлением в целях практического применения для освещения, построил несколько образцов лампочек, долженствовавших давать свет от накалённых электродов внутри стеклянного шарика с разрежённым газом.
Так как платиновые электроды внутри трубок накаляются более всего на концах, то, чтобы концы их не расплавились, на них были насажены кусочки угля различной величины и формы. Тогда явилась возможность накалить их до более высокой температуры и получить свет более, чем от накалённой до бела платины.
В конструкции общеупотребительных лампочек с накаляющимся волокном есть, как известно, один весьма существенный недостаток: именно, если через волокно лампочки пройдёт ток несколько большей силы, чем для какой оно предназначено, то волокно перегорает в каком-либо месте своей длины, и лампочка делается негодной к употреблению.
Очевидно, что лампочки Кеннеди не могут иметь такого недостатка, и это соображение послужило для изобретателя основанием надежд на практическое применение его лампочек. Но надежды эти не оправдались: для более сильного света пришлось употреблять токи такой силы, при которой нагревание шло дальше концов электродов и расплавляло их металлические части. Однако это обстоятельство могло бы быть устранено надлежащей конструкцией лампы (удлинением угля), и нам неизвестно, почему изобретатель не совершенствовал своих лампочек; те же, которые были им сделаны, все перегорели, и изобретение было забыто.
Спустя 10 лет, совершенно на том же начале построил свою систему электрического освещения американский инженер Тесла, применив для него частопеременный электрический ток высокого напряжения.
Рассмотрим теперь, как можно получить переменные токи высокого напряжения и большой частоты. Существуют приборы, посредством которых можно токи малого напряжения преобразовать в токи высокого напряжения, и обратно. Эти снаряды называются трансформаторами; образчиком их может служить всем известный прибор Румкорфа. От тонкой проволоки этого снаряда получается ряд мгновенных токов, идущих попеременно в том и другом направлении и разделённых некоторыми промежутками времени.
В действительности эти токи не мгновенны, а продолжаются несколько десятитысячных долей секунды. Поэтому, если упругая пластинка прерывается, делает, например, 100 колебаний в секунду, то общая продолжительность индуктированных токов за это время достигнет только нескольких сотых долей секунды, и в таком случае очевидно, что катушка большую часть времени совсем не посылает нам токов.
Если перерывы более часты, то общая продолжительность индуктированных токов будет больше и действие их сильнее. Ряд таких токов, более или менее быстро следующих один за другим (каждый раз с переменой направления), короче называется просто «переменным током» большей или меньшей частоты. Электромагнитный прерыватель с упругой пластинкой (как обыкновенно в катушке Румкорфа) может дать, при надлежащей конструкции, более 2000 перемен тока в секунду.
Существуют особого рода динамо-электрические машины, которые дают переменный ток большей или меньшей частоты; они называются альтернаторами. Если ток такой машины пропустить по толстой проволоке катушки Румкорфа, то мы не будем иметь надобности ни в каком прерывателе и, устранив его, получим…
От тонкой проволоки катушки также переменный ток той же частоты, но более высокого напряжения.
Тесла построил для своих опытов такие машины переменного тока, которые при надлежащей скорости вращения могут давать от 10 до 20 тысяч перемен в секунду. Такой ток трансформировался в ток очень высокого напряжения с помощью катушки, которая принципиально ничем не отличалась от катушки Румкорфа: тогда получался ток с напряжением в 70 000 вольт и, конечно, той же частоты, какова была ток возбуждающий. Далее, от катушки ток поступал в обкладки Лейденской банки.
Как известно, Лейденская банка, разряжаясь искрой, даёт не один мгновенный ток, а целый ряд постепенно ослабевающих токов переменного направления и огромной частоты. Лейденская банка в описываемой системе снарядов разряжалась (с искрой в небольшом перерыве) через толстую проволоку второй катушки; таким образом, каждый разряд банки давал уже целый ряд переменных токов, а число разрядов банки соответствовало числу перемен первого тока, т. е. доходило до 20 тысяч в секунду. Поэтому по толстой проволоке второй катушки пробегал ток, число перемен которого достигало 300 тысяч в секунду, а от тонкой проволоки этой катушки получался ток той же огромной частоты и с огромным напряжением - до полумиллиона вольт.
Вторая катушка отличается несколько от первой, именно: она имеет небольшое число оборотов и совсем не имеет железного стержня, так как перемагничивание железа требует больше времени, чем сколько проходит между переменами в направлении тока, поступающего во вторую катушку. Кроме того, вся вторая катушка погружалась в ящик с маслом, которое представляет из себя отличный изолятор, обладающий ещё тем драгоценным качеством, что не портится от искр, как твёрдые изоляторы. Эта предосторожность необходима, так как твёрдые изоляторы будут постоянно пробиваться искрами, если мы имеем дело с током в полмиллиона вольт напряжения.
С помощью именно такого тока Тесла делал опыт со своей системой электрического освещения. Что касается его ламп, то, как было уже сказано, в принципе они не отличаются от ламп Кеннеди. В частностях есть, конечно, и различие, например, в них большей частью всего один уголёк. Такая лампочка имеет только один электрод, и так как она представляет из себя нечто иное, как Гейслерову трубку, соединяемую с одним полюсом катушки, то, как мы уже видели, она также должна дать небольшой свет от разрежённого газа, в ней заключённого, и уголёк её должен нагреваться.
Лампы Тесла устроены так прочно, что не имеют уже того недостатка (плавления проволоки), которыми обладают их прообразы - лампы Кеннеди. В них воздух разрежается до последней возможной степени, а потому он даёт ещё меньше света, чем в Гейслеровых трубках; но при этих условиях оказывается, что уголёк сильнее накаляется и, следовательно, даёт больше света. Общеупотребительные лампочки накаливания с волокном также легко загораются ярким светом, если один или оба их электрода (концы волокна) соединить с одним только полюсом катушки Тесла.
В лампочках Тесла можно по произволу ослабить или усилить свечение, если часть внешней поверхности её стекла покрыть металлическим листком (он может служить кстати и рефлектором) и затем соединять эту обложку с изолированным проводником большей или меньшей величины. Причина понятна: проводник способствует рассеянию электричества в воздухе, а обложка легко получает его сквозь стекло. Можно также соединить обложку прямо с землёй, и свет лампочки усилится.
Тесла устроил ещё лампочку и несколько иного вида. В ней проволочка от уголька не выходит наружу, и лампочка сплошь стеклянная, причём одна часть её, вытянутая в трубку, имеет внутреннюю и внешнюю обложку, как Лейденская банка; к внутренней обложке прикреплён уголёк, выдающийся в шарообразную часть лампочки. Эта лампочка светит так же, как и предыдущая, от одного электрода катушки, соединяемого с внешней обложкой; тогда через влияние, как в Лейденской банке, заряжается и внутренняя, а разряд проходит через уголёк, разрежённый воздух, стекло и окружающий воздух.
Понятно, что такие явления возможны только при том громадном напряжении тока, которым пользовался Тесла. Что же касается быстрых перемен тока, то и они играют свою роль в характере явления, именно: благодаря этим бесконечно быстро следующим переменам направления устраняется электризация воздуха (что имеет значение, по мнению Тесла, в экономичности освещения) и обусловливается накаление угольков: по мнению Тесла, перемены тока приводят в такое дрожание частицы разрежённого газа в лампочке, что они начинают «бомбардировать» (по его же выражению) уголёк с большой силой, благодаря чему он и накаляется до большей яркости.
Если это объяснение накаления уголька в лампочках Кеннеди и Тесла справедливо, то при постоянном (одного направления) токе такого же высокого напряжения свечения уголька в той же степени быть не должно, но так как таких опытов произведено ещё не было, то и нельзя сказать, действительно ли (или в какой мере) свечение этих лампочек обусловливается молекулярной бомбардировкой.
Удовлетворительного решения вопроса об экономичном освещении можно ожидать, по мнению Тесла, от электричества с громадным напряжением. В этих видах он пользуется однополюсными лампами, так как двухполюсная лампочка (т. е. с двумя угольками и соединяемая с двумя полюсами катушки) устанавливает непрерывный электрический ток, вследствие чего напряжение электричества быстро падает, и мы становимся тогда ближе к тем условиям (меньшее напряжение), неэкономичность которых в применении к освещению уже испытана.
Что касается лампочек, предлагаемых Тесла, то, и по мнению самого изобретателя, они не представляют ещё решения задачи об экономичном освещении, но обладают следующим важным преимуществом перед ныне употребляющимися с накаливаемым волокном. Так как они не могут перегореть, то уголёк в них может быть накалён до гораздо более высокой температуры, чем волокно обыкновенных лампочек, а вследствие этого они могут посылать гораздо более световых лучей, т. е. быть более экономичными и долговечными. Кроме того, Тесла полагает, что при высоких напряжениях возможно также получить хорошие результаты.
Результаты от третьего типа его лампочки, в которой вместо угля помещается прессованный кусочек из небольшого количества угля в смеси с каким-либо огнеупорным веществом.
Большее сопротивление такой массы не будет иметь значения при токах громадного напряжения, а большая устойчивость при накаливании гарантирует возможность функционирования таких лампочек при наивысших температурах.
Неизвестно, однако, достигнуты ли были Тесла более высокие температуры, но если даже и предположить, что это возможно, то всё-таки сомнительно, чтобы расход электрической энергии оказался сравнительно с обыкновенными лампочками меньшим, потому что при очень высокой температуре увеличится прямая передача теплоты уголька тем частям лампы, к которым он прикреплён, а вследствие этого будет сильно нагреваться сама лампа, и если она не испортится от этого, то во всяком случае накопит такое количество энергии, что лампочка окажется опять невыгодной.
Что же касается повышения температуры на какую-нибудь тысячу градусов, например, до температуры вольтовой дуги, то мы уже знаем, что такое повышение температуры увеличит количество световых лучей с 5 % до 10 %, изо всего количества лучистой энергии, т. е. не пойдёт дальше вольтовой дуги. При более высоких температурах, если только их можно будет достигнуть, вряд ли можно будет устранить опасность расплавления металлического проводника и порчи самой лампы от интенсивной передачи тепла при громадной температуре.
Что касается обращения с током громадного напряжения, который нужен для лампочек Тесла, то здесь судьбу их, если бы она только от этого зависела, выручает замечательное свойство частопеременного тока, открытое Тесла: токи эти, несмотря на их громадное напряжение, безвредны для организма.
Это открытие было особенно блестяще, ибо можно себе представить, какой громадный риск представляло для человека его решение испробовать на себе действие такого тока, от которого нельзя было ожидать ничего, кроме мгновенной смерти. Тесла рассказывает, что, прикасаясь в первый раз к полюсам своей катушки, он испытал ощущение, подобное тому, какое должен испытывать человек, бросающийся в Темзу с Бруклинского моста.
Но стоит только сделать те же токи менее частыми, чтобы действие их было, при некоторой частоте, безусловно смертельным. Объяснение этого - дело будущего, а теперь можно, пожалуй, думать, что быстро следующие один за другим переменные токи не успевают проникать в глубину наших тканей, конденсируясь по поверхности.
Тесла со своими токами проделал много интересных опытов в теории электричества, и это имеет первостепенную важность из всего того, что сделал Тесла для науки, ставящих много новых вопросительных знаков.
Интересны, но не имеют практических результатов опыты Тесла с Гейслеровыми трубками без электродов. Они светятся на некотором расстоянии от полюсов катушки, конечно, тем ярче, чем ближе к ним. По удобствам и внешнему совершенству Тесла называет идеальной такую систему освещения: вверху комнаты подвешивают две параллельные изолированные пластины на расстоянии двух–трёх метров одна от другой и соединяют с полюсами катушки. Гейслеровы трубки без электродов будут светиться, если их держать в любом месте между листами. Подвешивая трубку, мы зажигаем её, снимая - тушим.
В то же время мы можем это делать свободно руками, нисколько не боясь получить вреда от электричества. Трубка достаточной длины даёт нам света столько, что можно читать. Помещая большую или меньшую трубку, мы получаем больше или меньше света. Называя такую систему освещения идеальной, Тесла, конечно, не имеет в виду её экономичности.
Во всяком физическом кабинете, где есть катушка Румкорфа, можно с небольшими дополнительными приспособлениями и затратами повторить не только однополюсное свечение лампочек, но также и много других интересных опытов с токами высокого напряжения, проделанных Тесла. При этом вместо лампочки Тесла можно взять обыкновенную, причём и перегоревшая будет пригодна к употреблению. Само собой разумеется, что вместо динамо-электрической машины нужно будет взять батарею (5–6 элементов Буизена) и катушку с возможно быстрым прерывателем. Катушка, однако, должна быть достаточно сильной; что же касается второй катушки, через которую разряжается лейденская банка, то она может состоять всего из одного ряда толстой и одного - тонкой проволоки и легко может быть приготовлена домашними средствами.
Если сопоставить идею профессора Эдуарда Никольса об освещении магнием с идеей Тесла об электрическом однополюсном накаливании огнеупорных веществ, то невольно приходит в голову мысль, почему Тесла не применил окиси магния для прессованной массы электродов его лампочек третьего типа, так как нужно думать, что учёному изобретателю были не неизвестны идеи его земляка, профессора Никольса. Быть может, и при невысокой температуре возможно будет получить те 15 % световых лучей, которые способна испускать накалённая окись магния. Тогда мы имели бы свет, хотя и далёкий от вполне экономичного, но всё же в полтора раза превосходящий в этом отношении наш лучший источник света, которым мы ныне обладаем - вольтову дугу.
К. А. Чернышёв
Система Тесла, описанная в статье Чернышева, была очень изящной и демонстрировала явление однополюсного и беспроводного возбуждения света, но в практическом смысле она уступала основным конкурентам своего времени — лампам накаливания Эдисона и дуговому освещению, а затем и газоразрядным лампам. Подробный разбор смотрите здесь: Система освещения Тесла: беспроводные лампы, причины провала и роль в истории