Поскольку бомбардировка ножки, по которой проходит подводящий провод, происходит благодаря индуктивному воздействию провода на разреженный газ, было бы полезным уменьшить величину воздействия в практичных пределах, применив тонкий провод, изолированный толстым слоем стекла или другого материала, и как можно более сократить ту часть провода, которая проходит сквозь газ. Для выполнения этих условий я применил большую трубку Т (рисунке 21), которая немного выступает внутрь колбы, и имеет на вершине очень короткую стеклянную ножку s, в которой запаян подводящий провод w, а верхнюю часть ножки я защитил от нагревания небольшой алюминиевой трубкой а, а под ним слоем слюды, как обычно. Провод w, выходящий наружу сквозь большую трубку, должен быть хорошо изолирован, например стеклянной трубкой, а пространство внутри следует заполнить каким-либо отличным изолятором. Из всех изолирующих порошков, которые я испробовал, наилучшим является слюдяной. Если не принять эту меру предосторожности, то трубка Т, выступающая внутри колбы, непременно треснет вследствие нагрева кистевым разрядом, который имеет тенденцию появляться в верхней части трубки, там, откуда откачан воздух, в особенности, если вакуумирование высокое, и, следовательно, необходимый для работы лампы потенциал очень высок.
На рисунке 22 показана подобная конструкция, где большая трубка Т выступает внутрь колбы и несет элемент накаливания пг. В данном случае подводящий провод снаружи внутрь колбы отсутствует, а энергия поступает с покрытий конденсатора СС. При такой конструкции изолятор Р должен плотно прилегать к стеклу и быть довольно толстым, в противном случае разряд может миновать провод w, который соединяет внутреннюю пластину конденсатора с элементом накаливания т.
Молекулярная бомбардировка стеклянной ножки внутри колбы доставляет много неприятностей. Для примера я опишу явление, которое наблюдал часто и с большим неудовольствием. Можно взять колбу, лучше большую, и хороший проводник, например угольный, укрепить его внутри на платиновом проводе в стеклянной ножке. Из колбы можно откачать воздух, довольно сильно, когда появляется свечение. Когда лампу подключают к катушке, угольный элемент, если он мал, сначала накаляется, но его яркость немедленно уменьшается, а затем где-то в середине ножки проходит разряд в форме ярких искр, несмотря на то, что платиновый провод находится в хорошем контакте с разреженным газом через угольный элемент или металл сверху. Первые искры очень ярки, и напоминают искры, получаемые на чистой поверхности ртути. Но по мере нагревания ими стекла, они, конечно, теряют свою яркость и прекращаются, когда стекло в месте излома накаляется или становится достаточно теплым для того, чтобы проводить ток. Когда наблюдаешь это впервые, явление кажется очень любопытным, оно показывает, как резко меняется поведение переменного тока, или импульсов высокой частоты по сравнению с постоянным током или током низкой частоты. В случае низкочастотных токов это явление, конечно, не возникло бы. Когда мы имеем частоту, полученную от механического источника, я думаю, стекло трескается вследствие бомбардировки, которая нагревает его и снижает изолирующие качества, но при высокой частоте, которую мы получаем от конденсатора, без сомнения, стекло может треснуть и без нагрева. Хотя на первый взгляд это и может показаться чрезвычайно необычным, но всё же этого следовало ожидать. Энергия, поступающая на подводящий провод, частично расходуется элементом накаливания, а частично — сквозь стекло благодаря действию индукции. Этот случай, таким образом, аналогичен тому, когда конденсатор при помощи проводника включается параллельно в цепь с источником переменного тока. При низкой частоте наибольшую нагрузку получает проводник, а конденсатор остается в сохранности; но при крайне высокой частоте, роль проводника может стать ничтожной. В последнем случае разность потенциалов на выводах конденсатора может стать такой высокой, что наступит пробой диэлектрика, несмотря на то, что выводы шунтированы проводником низкого сопротивления.
Конечно, необязательно, когда требуется накалить заключенное в колбу тело при помощи таких токов, чтобы оно было проводником, так как даже и совершенный изолятор может быстро накаляться. Для этого достаточно обернуть электрод изолирующим материалом, как, например, в лампе, показанной на рисунке 21, где тонкая нить накаливания обернута изолятором и поддерживает элемент такого же материала на своей верхушке. В начале бомбардировка идет за счет индукции через диэлектрик до тех пор, пока он не нагреется достаточно для того, чтобы стать проводником, и тогда бомбардировка продолжается как обычно.
В лампах, сконструированных, как показано на рисунке 23, применяется другой метод. В данном случае диэлектрик т укреплен на некотором расстоянии над угольным элементом. Угольный элемент соединен с подводящим проводом, который проходит сквозь стеклянную ножку, обернутую в несколько слоев слюды. Алюминиевая трубка а, как обычно, применяется для экранирования. Она устроена так, чтобы выступать на высоту угольного элемента и только диэлектрик т возвышается над ней. Бомбардировке в начале подвергается верхняя часть угольного элемента, а нижнюю часть защищает алюминий. Однако, как только диэлектрик т нагревается, он становится хорошим проводником и тогда превращается в центр бомбардировки, так как он более всего открыт для нее.
Во время таких опытов я сконструировал много ламп с одним проводом или без внутреннего электрода, в которых излучение проецировалось или фокусировалось на элементе накаливания. На рисунке 24 показана одна из таких ламп. Она состоит из сферической колбы L, у которой есть длинная горловина п сверху для усиления действия в некоторых случаях при помощи внешнего проводникового покрытия. Колба L внизу имеет небольшую круглую головку Ъ, которая служит для того, чтобы крепко ее удерживать в гнезде S, изготовленном из изоляционного материала, куда колба вклеена. Тонкая нить накаливания f, соединенная с проводом w проходит через центр колбы L. Нить накаляется в середине, где бомбардировка, исходящая снизу, наиболее интенсивна. Нижняя часть колбы до того уровня, куда достает край гнезда S, сделана токопроводящей при помощи фольги или чего-то подобного, а внешний электрод соединен с выводом катушки. Конструкция, показанная на рисунке 24, оказалась несовершенной для накаливания нити или элемента накаливания, находившихся в центре колбы, но хорошо работала, когда стояла цель — получить свечение.
Во время многих опытов, когда различные предметы устанавливались в колбах, как например, на рисунке 23, были сделаны интересные наблюдения.
Помимо прочего выяснилось, что независимо от того, где начиналась бомбардировка, как только достигалась высокая температура, оказывалось, что один предмет принимает на себя основную часть ударов, а другой предмет или другие предметы были разгружены. Это качество зависит в основном от точки плавления и от способности тела к «испарению» или к расщеплению — под последним термином понимается не только испускание атомов, но и распад на более крупные частицы. Это наблюдение соответствовало общепринятым понятиям. В колбе, откуда почти полностью откачан воздух, электричество истекает от электрода при помощи независимых носителей, которыми могут быть атомы и молекулы остатков воздуха, а могут быть атомы, молекулы и более крупные частицы самого электрода. Если электрод состоит из материалов различного характера и один из этих материалов более подвержен распаду, чем остальные, то по большей части носители тока происходят от этого материала, который легче нагревается, а, нагреваясь быстрее, быстрее и распадается.
Мне кажется, что подобный процесс имеет место и в лампах с однородным электродом, и я полагаю, что это основная причина распада. Должны быть какие-нибудь неровности, даже если поверхность отшлифована, что, конечно, невозможно в случае большинства тугоплавких материалов, которые применяются в качестве электродов. Предположим, что кончик электрода нагревается, тут же основная часть разряда начинает проходить через эту точку и небольшой кусочек электрода плавится и испаряется. Теперь возможно, что вследствие этого быстрого разрушения в точке атаки падает температура или возникает контрсила, как в дуге; в любом случае местный распад сталкивается с ограничениями, характерными для опыта, и тот же процесс происходит в другом месте. Нам электрод кажется равномерно светящимся, но на нем есть точки, которые постоянно перемещаются, в которых температура гораздо выше средней, и это значительно усиливает процесс распада. То, что нечто подобное происходит, по крайней мере когда температура электрода немного ниже, можно подтвердить следующим опытом. Хорошенько откачаем воздух из колбы, так, чтобы при довольно высоком потенциале разряд не мог пройти, то есть не светящийся, ибо слабый, невидимый разряд происходит всегда, при любых условиях. Теперь медленно увеличим потенциал, включая ток в первичной обмотке не более чем на мгновение. В какой-то момент в колбе появятся две, три или полдюжины светящихся точек. Эти места на стекле очевидно подвергаются более интенсивной бомбардировке, чем остальные, а это объясняется неравномерностью электрической плотности, что вызвано острыми выступами или, в общем, неровностями электрода. Но светящиеся участки постоянно перемещаются, что особенно хорошо видно, если удается их создать, а это говорит о том, что форма электрода постоянно меняется.
Из этих опытов я делаю вывод: для наибольшей износоустойчивости элемент накаливания в колбе должен иметь круглую форму и поверхность его должна быть хорошо отшлифована. Такой маленький шарик можно изготовить из алмаза или другого кристалла, но лучше всего оплавить при высокой температуре какой-либо оксид, например двуокись циркония, так, чтобы он принял вид капли, а затем поместить его в колбу при температуре ниже его точки плавления.