第26章.极高频交流电实验及用于人工照明的方法(中文)
本帖最后由 能量海 于 2014-1-9 20:30 编辑
没有比自然这个主题更迷人、更值得研究的了。要了解这个伟大的机制，去发现处于活动状态的力，以及统治它们的定律，是人类智力的最高目标。
自然在宇宙中积蓄了无限的能量。这种无限能量的永恒的接收者和发送者是以太。以太的存在的认识，以及执行其职能，是现代科学研究的最重要的成果之一。假定一种媒介弥漫在所有的空间里，并与全部的泛物质联系；只不过抛弃超距作用的观念，就已经释放了思想家头脑中一直存在的疑惑；而且，通过打开一个新视界——新的和不可预见的可能性——给我们熟悉的旧的现象提供了新的兴趣。它对于了解大自然的力量及其多种表现形式作用于我们的感官，是一个巨大的进步。它一直是开明的物理学学生让土人理解什么是枪支或蒸汽机的途径。过去一向难解的令人困惑的现象，我们现在看到了不同的光明。感应线圈的火花、白炽灯的光辉、电流和磁铁的机械力的表现，已经不再是我们力所不及的了；不像以前那样难以理解，对它们的观察表明在我们的脑海中现在是一个简单的机制，虽然其确切性质仍然是猜想，但我们知道，真相无法再隐藏，我们本能地感到，认识的曙光就在我们前面。我们仍然欣赏这些美丽的现象，这些奇怪的力量，但我们不再无助；我们可以在一定程度上解释它们，我们能够有望最后成功地解开围绕着它们迷团。
我们对周围的世界了解有多深，这是一个学生的自然而然的终极思考。我们的粗俗的感观阻止了我们辨识物质的隐秘结构，而天文学，这个宏大的和最纯正的自然科学，只能教给我们发生的事情，因为它就是我们的近邻；至于茫茫宇宙更远的部分，有着无数的星星和太阳，而我们一无所知。但仍远远超出了我们的感官所感知的极限，而精神依然可以引导我们，因此，即使这些未知的世界无穷小和无穷大，我们可能希望能在某种程度上为我们所知。不过，即使我们有可能触及这方面的知识，敏锐的头脑会发现一个也许永远无法超越的障碍：对真理的认知似乎仅仅是其表象，这是我们仅有的、狭隘的、全部的哲学基础。
至于所有构成大自然的无法估量的形式，无所不在的能量，永远不断地变化和运动，就像一个灵魂使无生命的宇宙充满生机，电和磁也许是最迷人的。重力效应，以及我们每天都看到的热和光，而很快我们就习惯了它们，而很快它们就对于失去了神奇和美妙的特性；但电和磁，以其奇异的关系，以其似乎是双重的性质，在自然界里的力中是独有的；以其吸引、排斥和旋转的现象，神秘作用的奇怪表现，刺激并激发我们的大脑去思考和研究。电是什么，而磁又是什么？这些问题被一次又一次地提出。大多数盖世奇才对这个问题绞尽了脑汁；这个问题始终未能得到充分解答。不过，尽管甚至今天我们还不能说这些奇异的力量是什么，但我们对于问题的解决已经取得了很好的进展。我们现在确信电和磁的现象是由于以太，而我们也许有理由说，静电效应是以太在张力下的结果，而那些动态电和电磁是以太在运动中的效应。但这仍然留下一个问题，至于什么是电和磁弧，仍未获得答复。
首先，我们很自然会问，什么是电，以及有没有电这样一种东西？在解释电现象的过程中，我们可能会谈到电力或电的条件、状态或效应。如果我们谈到电效应，我们必须区分两个这样的效应，特性相反的和互相抑制的，依据观察表明，两种这样相反的效应是存在的。这是不可避免的，作为一个介质的属性，对于以太，我们或许不能施加压力，或产生位移或任何形式的运动而不会导致周围介质中的一个等效的和相反效应。但是，如果我们谈到电，意思是一个东西，我们必须，我想，摒弃两种电的想法，因为两个这样的东西存在是极不可能的。我们怎么可以想象两件东西数量相等，性质相当，而特征相反，两者都依附物质， 两者都互相吸引又完全对抗？这样的假设，虽然有许多现象支持，虽然最便于对它们做出解释，但却乏善可陈。如果有作为电的那么一个东西，能有那样的东西只有一个，而，也许只是那一个东西过多或缺乏而已；但更可能的是其条件决定了其正和负的特征。富兰克林的旧理论，虽然在某些方面有不足之处，但从某种角度来看，毕竟是最合理的一个。不过，尽管如此，两种电的理论还是被普遍接受的，因为它显然用更令人满意的方式解释了电的现象。但一个能更好地解释事实的理论却未必是真理。天才的大脑会创建理论使之适合于观察，而几乎每一个独立的思想家关于这个对象都有自己的看法。这并非赞同这个问题。
这并非赞同这个问题去推进一个观点，而是希望用某些成果使你得到更好的了解，这我会加以描述，向你们展示我所遵循的推理，冒昧地表达我的不同，几句话，这些看法和信念导致我得出这样的结论。
我一直坚持认为有一个东西，我们一直习惯于用来调用电。问题是，那是个什么东西？或者，所有的东西，我们知道它的存在，我们调用电的最佳理由是什么？我们知道它的行为就像一个不可压缩的流体；它在自然中必定是一个恒量；不生不灭；而更重要的是，光的电磁理论和所有观察到事实告诉我们电和以太现象是同一的。由此，我们立刻能想到的是电可以被以太调用。事实上，这种观点在某种意义上已经由洛奇博士提出来了。每个人都和他的有趣的工作已读许多已经相信他的论点每个人都读过他的有趣的作品，并且许多人都信服他的论点。他超群的才智和课题的有趣性，使读者如痴如醉；但当印象褪色，人们才醒悟到他只不过是巧言令色。必须承认，我不能相信有两种电，更别说一个双构的以太了。以太对于光和热的波它像是一个固体，而对于穿过它的物体的运动它又像流体，令人费解的行为，通过假设它是在运动中，正如威廉•汤姆森先生所提出的，而以最自然和令人满意的方式得到明确解释；但尽管如此，却没有任何能使我们得到肯定结论的东西，而流体是不能传输每秒数百或数千次的横向振动的，当这种振动进入每秒数百万亿的范围时，它未必有能力传输。也没有任何人可以证明一台交流电设备能发出横向以太波，给出为数不多的每秒交替；对这种缓慢的干涉，以太，如果在静止中，可能表现为一个真正的流体。
言归正传，请记住，两种电的存在可以说至少是极不可能发生的，我们必须记住，我们没有电的证据，我们也无望能得到它，除非泛物质是存在的。因此，电从广义的术语来说是不能被以太调用的； 但似乎没有什么会妨碍电以太与物质的联系，或绑定以太；或，换言之，那所谓的分子的静电荷是以太以某种形式与的联系。从这个角度说，电参与了分子的所有活动。
现在，围绕在分子周围的以太到底是什么，它与一般的以太的不同之处，只能靠猜想。它不能在密度上区分，以太不可压缩；因此它必定在一定的张力下，或在运动中，而后者是最有可能的。要了解其功能，必须有一个物质的物理结构的确切概念，物理建设的问题，对此，当然，我们可以只在大脑里形成图像。
但关于自然上的所有意见，假定一个物体，一个力，和一个完美的一致性，是最科学的和最有可能是真实的。一个无穷小的世界，有着分子和原子旋转并在轨道上移动，与天体几乎完全相同的方式，以太承载着它们，或许还与它们一直旋转，或者换句话说，承载它们的静电荷似乎是我的心中最有可能的视图，而其中，以一个合理的方式，解释了大多数观察到的现象。分子的旋转及其以太产生的张力或静电应变；以太张力的均衡产生以太运动或电流，而轨道运动产生电和永磁效应。
大约 15 年前，罗兰教授演示了一个最有趣和最重要的事实，即，周围携带的静电荷产生了一个电流效应。不考虑构造的精致性，它产生电流的吸引和排斥，并设想运动中的带静电电荷的分子，这个实验事实给了我们一个磁性的合理理念。我们可以设想，力的线或管的 实际存在，正在形成的定向运动分子的行；我们可以看到这些线必定是封闭的，它们必定趋于缩短和扩张，等等。它还以合理的方式解释所有最令人费解的现象、永磁性，以及一般而言，有着安培理论所有的美，而无重大缺陷，即，分子电流的假说。不必再进一步阐述，我会说，我把一切静电、电流、磁现象都看成是由于静电分子力的结果。
前面的话我认为对这个课题的充分理解是必要的，因为它本身就展现在我的脑海里。
对于所有这些现象的最重要的研究是电流的现象，这是由于工业用途的电流应用已经有了广泛的和不断增长。现在这是一个世纪以来的首次产生了电流的实际源，并从那时起，随着电流的流动的现象已得到认真研究，并通过科学工作者的不懈努力，它们的简单的法则已被发现。但这些法则只有当电流是稳定的才会有效。当电流在强度上快速变化时，则是完全不同的现象，往往出人意料地展示它们自己，把握好完全不同的法则，即使现在也无法确定是完全是可取的，但通过这项工作，主要是英国的科学家，在这个课题上获得足够的知识，使我们能够在日常实践中处理简单的情况。
当变化率增加时，现象所特有的电流的变化特性有很大的提升，因此通过恰当构造的仪器的应用，对这些电流的研究是相当便利的。对于这个和其它计划内的课题，我建造了具有每分钟提供超过两百万逆电流能力的交流电设备，于此主要是由于我可以提请你注意一些迄今达成的结果，我希望这将证明是领先的一步，由于它们对最重要问题之一的直接影响，即，一个实用和高效的光源的生产。
这种快速交变电流的研究是非常有趣的。几乎每个实验都披露了一些新的东西。当然，许多的结果可以预料到，但更多是意外。实验者做了许多有趣的观察。例如，我们持一块铁对着磁铁。从低交变开始，运行越来越高，我们感觉到斥力相继着斥力越来越快，变得越来越弱，并终于消失。我们于是又观察连续的吸力；吸力，当然，并不连续；它只是显得如此，我们的触觉是不完美的。
我们可以下一步在电极之间建立一个电弧并观察，当交变上升，可注意到伴随着交变电弧声音越来越尖利，并逐渐减弱，然后最终停止。空气振动，当然，是连续的，但它们太弱了，以至于我们无法感知；我们的听觉辜负了我们。
我们观察到有点生理效应、铁心和导体的快速加热、奇怪的感应效应、有趣的电容器现象、以及更有趣的带有高压感应线圈的光现象。所有这些实验和观察都将是研究者最感兴趣的，但他们的描述会误导我远离主题。部分是这个原因，而部分是由于其更为重大的重要性，我将只谈这些电流产生的光效应。
在这个实验中，为此目的，一个高压感应线圈或等效的器具用来转换相对较低的电流为高压电流使用。
如果你对这个结果有足够的兴趣，我会描述为开始这一课题的实验性研究；如果你确信论据的真实性，我会推进你的目标为去产生高频和高电位；换言之，就是强大的静电效应。然后，您会遇到很多困难，如果完全克服，就能使我们得到绝妙的成果。
首先将会遇到难以用机械器具的方式获得所需的频率，而且，如果它们能以其它方式获得，就会出现不同性质的障碍。其次，你会发现不大大增加设备的尺寸就很难找到必要的绝缘材料，由于所需的势能很高，而且，由于交变急剧，绝缘材料就特别困难。所以，举例来说，存在一种气体时，或许就能放电，通过气体的分子碰撞，并随之发生加热，穿过多达一英寸的最佳固体绝缘材料，如玻璃、硬质橡胶、陶瓷、密封蜡等；事实上，穿过任何已知的绝缘物质。
一般我的经验往往表明具有最高的电容率的物体——如玻璃，对于其它的来说是相当劣质的绝缘，其中，它们尽管是个好的绝缘体，有着小得多的电容率，如油，举例来说，其介电损失无疑比前者大得多。绝缘的麻烦，当然，只存在电位过高时，如几千伏的电位，在一台比如说每秒20000交变、并有相当距离的设备输送电流中是不会遇到特殊麻烦的。然而，这种交变数用于多种用途，迄今为止还是太小，虽然对一些实际应用来说已经相当足够的了。幸运的是，这种绝缘上的麻烦并非是一个重大障碍；它对设备的大小大多有影响，如，当所用电位过高时，光源设备要放到离仪器不远处，而通常要相当贴近。由于绝缘导线的空气轰击是基于电容器的作用，通过使用绝缘极好的极细导线可以减少一点点损失。
另一个遇到的麻烦是线圈必定具有的电容和自感。如果是个大线圈，即，如果它含有导线的长度很长，它一般不适合于过分高的频率；如果它很小，它可能就能很好地适应这种频率，但电压于是就可能就达不到所需的高压。一个好的绝缘体，最好是一个有小的电容率的，将具有双重的优势。首先，这将使我们能够构建一个能够承受巨大差异电压的很小的线圈；而其次，这样一个小线圈，由于其较小的电容和自感，将能够更快和更有力的振动。问题于是关于构建一个线圈或任何一种感应装置，具有必要的品质，我认为是一个不小的重要性，而它已经占据了我相当长的时间了。
那些渴望重复实验的研究者，这个我将介绍，用一台交流电设备，能够提供所需频率的电流，还有一个感应线圈，较妥的方法是把初级线圈拿出来，而次级线圈绕制在一个中空的管子上。他于是将能够观察到从初级到绝缘管的光流，并根据其烈度，他能知道应变线圈到什么程度。没有这种预防措施，他一定会损坏绝缘材料。然而，这种配置使得初级容易交换，这在这些实验中是明智的。
最为适合目的的机器类型的选择必须留给实验者判断。这里说明了三种不同类型的机器，其中，除了别人的，都是我在我的实验中使用的。
图97是我在研究所之前的实验中使用过的机器。场磁体由一个带有 384 极凸的熟铁环组成。电枢包括一个钢盘被一个薄的、仔细焊接的熟铁边缘固定。在缘的上面缠绕了几层精细的、经过良好退火的铁丝，它在缠绕时要涂一层虫漆。电枢导线绕着黄铜针脚缠绕，用丝线包裹。这类设备的电枢导线直径不应超过极凸点的厚度，否则自放电会非常大。
图 98 是不同类型的一个更大的设备。这台设备的场磁体由两个相像的部分组成，它或是附入了一个激励线圈，否则就是各自绕制。
每个部分有480 个极凸，一个极凸面对另一个。电枢由一个硬青铜轮组成，带有在场磁体的极凸之间旋转的导线。绕制电枢导线，我发现最方便的是以下列方式进行。我造一个所需大小的硬青铜环。这个环和轮缘有着适当数量的引脚，而且都固定在盘片上。绕制电枢导线，切断引脚，页面是导线两端通过两个拧在青铜环和轮缘上的环来分别固定。整个于是可能会被取走，并形成了一个坚实的结构。这种类型设备的导线应该由铜片组成，其厚度，当然，基于极凸的厚度；否则就采用绞合细线。
图 99 是一个较小的设备，在很多方面类似于前者，只在这里电枢导体及励磁线圈保持不动，而只有一个熟铁块旋转。
废话少说，我还是多谈谈这些设备的构造细节吧。而且我已经在1891年3月18日的电气工程师协会对此做过详尽的描述了。我认为这还行，但是，请研究者注意两件事，其重要性，虽然不证自明，他仍然趋于低估；即，对于导体的自放电必须小心避免，而对于空隙，必须要小。我可以添加，是因为它用着一个非常高的边缘速率，电枢应有一个非常大的直径以避免难以实行的带速度。对于我建造的这些设备的几种类型，我发现在图97中的那个类型做起来最少麻烦，维护也容易，而总的来说是一种很好的实验机。
在用急剧的交流电运行的感应线圈中，自然注意到第一种发光现象是通过高压放电所呈现的。当每秒交变上升，或当通过初级的电流变化很高时，放电的外观逐渐改变。很难描述所产生的细微变化，以及它们所带来的条件，但你可能会注意到放电有五种截然不同的形式。
第一，你能观察到一个微弱的、敏感的放电，像一条颜色很淡的细线。（图100a）每当每秒交变数高时它总会出现，通过初级的电流非常低。尽管电流过小，变化率是很大的，而且次级末端的电位差因而是相当大的，使得电弧可以在很远的距离产；但“电”开始运动的数量是无足轻重的，仅仅足以维持一个细细的线状电弧。它过于敏感到这种程度，只要在线圈附近呼吸就会影响它，除非它完全与气流隔绝，它就能不间断地扭动。尽管它处于这种过度的不间断的状态，而当两个末端接近——比如说——三分之一的攻击距离，就很难吹熄它了。这种特殊的不间断性太短的时候，主要是因为电弧太细；现在，因此，一个非常小的表面在疾吹。其极度敏感性非常长的时候，可能是由于空气中的悬浮尘埃的粒子的运动。
当通过初级的电流增加，放电会变阔和变强，而线圈的能力的影响变得可见，直到最后，在适当的条件下， 一个白色火焰的电弧，图100b，通常有人的手指那么粗，并产生跨过整个线圈的弧闪。它变得异常的热，而且其进一步的特征也许是伴随着放电不那么强烈而缺乏高音。被这种条件下的线圈电击是不明智的，虽然在不同条件下，电压会高得多，被线圈电击也许并无大碍。若要产生这种放电的每秒交变数，必须不要用太大的线圈；而且，一般来说，必须遵守一定的电容、自感和频率之间的关系。
这些元素的重要恬一个交流电电路中是众所周知的，而且通常情况下，一般规则适用。但在感应线圈的异常条件中占优。首先，自感在弧建立之前是意义不大的，当它发出其本身时，但也许从来没有像普通交流电电路中那样显著，因为容量被沿着线圈的分布，而且事实上线圈通常放电通过很大的电阻；因此电流是格外地小。其次，电容随着电压的上升而持续增加，由于在相当程度上发生的吸收的缘故。由于不存在这些数量之间的重要关系，而普通规则似乎并不适用。当由于频率的增加或通过初级的电流的增加而使电压增加，能量的储存变得越来越大，而容量增益越发重要。上升到某一个点的容量是有益的，但在那之后，它开始成为一个巨大的障碍。据此每个线圈以一个给定的频率和初级电流给出最好的结果。一个非常大的线圈，以一个频率非常高的电流运行时，可能无法提供像1/8英寸那么在的火花。 通过增加容量给终端，状况可能会改善，但线圈真正想要的是较低的频率。
当发生焰弧放电时，条件是明显地已经造成最大的电流流过电路。这些条件可通过在不超出限制的范围内改变频率来达到，但在最高频率时焰弧仍然可以产生，取决于一个给定的初级电流，线圈的最大闪击距离。在焰弧放电中电容的显赫效应并不明显；能量储存的速度只是刚好等于能够电路处理处理的速率。这种放电对线圈是一个最严峻的考验；当停顿发生时，就是在莱顿瓶中过充电的那种属性。粗略近似地说，以一个普通线圈，比如说，10,000 欧姆的电阻，用大约每秒12,000的交变将会产生最大功效的电弧。当频率超出那个速率，电压当然上升，但尽管如此，闪击距离会减弱，这是出乎意料的。当电压上升，线圈获得越来越多的静电起电机的特性，直到最后，你可以看到图.101的美丽的放电光流现象，它能在跨整个线圈的长度上产生。在那个阶段，光流开始从所有的点上大量涌出和喷射出来。这些光流也能在初级和绝缘管之间的空隙里大量看到。当电压过高时，它们通常会出现，即便频率低，即便初级被厚达一英寸的腊、硬质橡胶、玻璃或别的绝缘物包围着。这大大限制了线圈的输出，但稍后我会说明我是怎样在普通的线圈中已经能够很大程度上克服这一缺点的。
除了电压，光流的强度取决于频率；但如果线圈非常大，它们会自我展现，不管用的频率有多低。例如，在一个我以前制做的电阻为67,000 欧姆的非常大的线圈里， 它们在每秒100的交变或更少的频率上 ,在用硬橡胶3/4英寸作为次级的绝缘上出现。当它们产生一个非常强烈的类似霍尔茨感应电机充电时的噪音时，而却更加强大得多，而且它们还发出强烈的臭氧气味。频率越低，越容易突然对线圈造成伤害。用过高的频率，它们可以自由通过，而不会产生任何其它的缓慢均匀加热绝缘的效应。
这些光流的存在显示构建昂贵线圈的重要性，为了可以通过围绕着初级的管子去看，而初级应该是容易改变的；否则初级次级之间的空间应该被绝缘材料完全填满，以排出所有空气。在商业圈构建中不遵守此简单规则是毁坏许多昂贵的线圈的原因。
当发生光流排放阶段，或以略为较高的视频，你可以， 通过相当贴近终端，和适当调节电容的影响，产生一个真正的银白色的小的火花喷射，或在一个强大的每一次刷形火花中的一束极细的银白线（图.102），或对应于一个交变的线。这，在适当条件下产生的，可能是最美丽的放电，当空气中爆炸直接对着它，它呈现出了一种奇异的外观。火花的喷射，当通过人体接收时，会导致一些不便，但是，当放电只是光流，完全感觉不到什么，如果手持一个大的导电物体以防受到小烧伤。
如果频率一直增加，则线圈拒绝给出任何火花，除非在相对小的距离，而能观察到放电的第五种典型形式（图.103）。流出和消散的趋势是如此之大，当在一个末端产生刷形时，没有火花发生，即使，我曾多次尝试，手，或任何导电物体，拿着放入光流里；流内举行，更奇异的是，通过用导体接近，光流也容易被偏转。
没有比自然这个主题更迷人、更值得研究的了。要了解这个伟大的机制，去发现处于活动状态的力，以及统治它们的定律，是人类智力的最高目标。
自然在宇宙中积蓄了无限的能量。这种无限能量的永恒的接收者和发送者是以太。以太的存在的认识，以及执行其职能，是现代科学研究的最重要的成果之一。假定一种媒介弥漫在所有的空间里，并与全部的泛物质联系；只不过抛弃超距作用的观念，就已经释放了思想家头脑中一直存在的疑惑；而且，通过打开一个新视界——新的和不可预见的可能性——给我们熟悉的旧的现象提供了新的兴趣。它对于了解大自然的力量及其多种表现形式作用于我们的感官，是一个巨大的进步。它一直是开明的物理学学生让土人理解什么是枪支或蒸汽机的途径。过去一向难解的令人困惑的现象，我们现在看到了不同的光明。感应线圈的火花、白炽灯的光辉、电流和磁铁的机械力的表现，已经不再是我们力所不及的了；不像以前那样难以理解，对它们的观察表明在我们的脑海中现在是一个简单的机制，虽然其确切性质仍然是猜想，但我们知道，真相无法再隐藏，我们本能地感到，认识的曙光就在我们前面。我们仍然欣赏这些美丽的现象，这些奇怪的力量，但我们不再无助；我们可以在一定程度上解释它们，我们能够有望最后成功地解开围绕着它们迷团。
我们对周围的世界了解有多深，这是一个学生的自然而然的终极思考。我们的粗俗的感观阻止了我们辨识物质的隐秘结构，而天文学，这个宏大的和最纯正的自然科学，只能教给我们发生的事情，因为它就是我们的近邻；至于茫茫宇宙更远的部分，有着无数的星星和太阳，而我们一无所知。但仍远远超出了我们的感官所感知的极限，而精神依然可以引导我们，因此，即使这些未知的世界无穷小和无穷大，我们可能希望能在某种程度上为我们所知。不过，即使我们有可能触及这方面的知识，敏锐的头脑会发现一个也许永远无法超越的障碍：对真理的认知似乎仅仅是其表象，这是我们仅有的、狭隘的、全部的哲学基础。
至于所有构成大自然的无法估量的形式，无所不在的能量，永远不断地变化和运动，就像一个灵魂使无生命的宇宙充满生机，电和磁也许是最迷人的。重力效应，以及我们每天都看到的热和光，而很快我们就习惯了它们，而很快它们就对于失去了神奇和美妙的特性；但电和磁，以其奇异的关系，以其似乎是双重的性质，在自然界里的力中是独有的；以其吸引、排斥和旋转的现象，神秘作用的奇怪表现，刺激并激发我们的大脑去思考和研究。电是什么，而磁又是什么？这些问题被一次又一次地提出。大多数盖世奇才对这个问题绞尽了脑汁；这个问题始终未能得到充分解答。不过，尽管甚至今天我们还不能说这些奇异的力量是什么，但我们对于问题的解决已经取得了很好的进展。我们现在确信电和磁的现象是由于以太，而我们也许有理由说，静电效应是以太在张力下的结果，而那些动态电和电磁是以太在运动中的效应。但这仍然留下一个问题，至于什么是电和磁弧，仍未获得答复。
首先，我们很自然会问，什么是电，以及有没有电这样一种东西？在解释电现象的过程中，我们可能会谈到电力或电的条件、状态或效应。如果我们谈到电效应，我们必须区分两个这样的效应，特性相反的和互相抑制的，依据观察表明，两种这样相反的效应是存在的。这是不可避免的，作为一个介质的属性，对于以太，我们或许不能施加压力，或产生位移或任何形式的运动而不会导致周围介质中的一个等效的和相反效应。但是，如果我们谈到电，意思是一个东西，我们必须，我想，摒弃两种电的想法，因为两个这样的东西存在是极不可能的。我们怎么可以想象两件东西数量相等，性质相当，而特征相反，两者都依附物质， 两者都互相吸引又完全对抗？这样的假设，虽然有许多现象支持，虽然最便于对它们做出解释，但却乏善可陈。如果有作为电的那么一个东西，能有那样的东西只有一个，而，也许只是那一个东西过多或缺乏而已；但更可能的是其条件决定了其正和负的特征。富兰克林的旧理论，虽然在某些方面有不足之处，但从某种角度来看，毕竟是最合理的一个。不过，尽管如此，两种电的理论还是被普遍接受的，因为它显然用更令人满意的方式解释了电的现象。但一个能更好地解释事实的理论却未必是真理。天才的大脑会创建理论使之适合于观察，而几乎每一个独立的思想家关于这个对象都有自己的看法。这并非赞同这个问题。
这并非赞同这个问题去推进一个观点，而是希望用某些成果使你得到更好的了解，这我会加以描述，向你们展示我所遵循的推理，冒昧地表达我的不同，几句话，这些看法和信念导致我得出这样的结论。
我一直坚持认为有一个东西，我们一直习惯于用来调用电。问题是，那是个什么东西？或者，所有的东西，我们知道它的存在，我们调用电的最佳理由是什么？我们知道它的行为就像一个不可压缩的流体；它在自然中必定是一个恒量；不生不灭；而更重要的是，光的电磁理论和所有观察到事实告诉我们电和以太现象是同一的。由此，我们立刻能想到的是电可以被以太调用。事实上，这种观点在某种意义上已经由洛奇博士提出来了。每个人都和他的有趣的工作已读许多已经相信他的论点每个人都读过他的有趣的作品，并且许多人都信服他的论点。他超群的才智和课题的有趣性，使读者如痴如醉；但当印象褪色，人们才醒悟到他只不过是巧言令色。必须承认，我不能相信有两种电，更别说一个双构的以太了。以太对于光和热的波它像是一个固体，而对于穿过它的物体的运动它又像流体，令人费解的行为，通过假设它是在运动中，正如威廉•汤姆森先生所提出的，而以最自然和令人满意的方式得到明确解释；但尽管如此，却没有任何能使我们得到肯定结论的东西，而流体是不能传输每秒数百或数千次的横向振动的，当这种振动进入每秒数百万亿的范围时，它未必有能力传输。也没有任何人可以证明一台交流电设备能发出横向以太波，给出为数不多的每秒交替；对这种缓慢的干涉，以太，如果在静止中，可能表现为一个真正的流体。
言归正传，请记住，两种电的存在可以说至少是极不可能发生的，我们必须记住，我们没有电的证据，我们也无望能得到它，除非泛物质是存在的。因此，电从广义的术语来说是不能被以太调用的； 但似乎没有什么会妨碍电以太与物质的联系，或绑定以太；或，换言之，那所谓的分子的静电荷是以太以某种形式与的联系。从这个角度说，电参与了分子的所有活动。
现在，围绕在分子周围的以太到底是什么，它与一般的以太的不同之处，只能靠猜想。它不能在密度上区分，以太不可压缩；因此它必定在一定的张力下，或在运动中，而后者是最有可能的。要了解其功能，必须有一个物质的物理结构的确切概念，物理建设的问题，对此，当然，我们可以只在大脑里形成图像。
但关于自然上的所有意见，假定一个物体，一个力，和一个完美的一致性，是最科学的和最有可能是真实的。一个无穷小的世界，有着分子和原子旋转并在轨道上移动，与天体几乎完全相同的方式，以太承载着它们，或许还与它们一直旋转，或者换句话说，承载它们的静电荷似乎是我的心中最有可能的视图，而其中，以一个合理的方式，解释了大多数观察到的现象。分子的旋转及其以太产生的张力或静电应变；以太张力的均衡产生以太运动或电流，而轨道运动产生电和永磁效应。
大约 15 年前，罗兰教授演示了一个最有趣和最重要的事实，即，周围携带的静电荷产生了一个电流效应。不考虑构造的精致性，它产生电流的吸引和排斥，并设想运动中的带静电电荷的分子，这个实验事实给了我们一个磁性的合理理念。我们可以设想，力的线或管的 实际存在，正在形成的定向运动分子的行；我们可以看到这些线必定是封闭的，它们必定趋于缩短和扩张，等等。它还以合理的方式解释所有最令人费解的现象、永磁性，以及一般而言，有着安培理论所有的美，而无重大缺陷，即，分子电流的假说。不必再进一步阐述，我会说，我把一切静电、电流、磁现象都看成是由于静电分子力的结果。
前面的话我认为对这个课题的充分理解是必要的，因为它本身就展现在我的脑海里。
对于所有这些现象的最重要的研究是电流的现象，这是由于工业用途的电流应用已经有了广泛的和不断增长。现在这是一个世纪以来的首次产生了电流的实际源，并从那时起，随着电流的流动的现象已得到认真研究，并通过科学工作者的不懈努力，它们的简单的法则已被发现。但这些法则只有当电流是稳定的才会有效。当电流在强度上快速变化时，则是完全不同的现象，往往出人意料地展示它们自己，把握好完全不同的法则，即使现在也无法确定是完全是可取的，但通过这项工作，主要是英国的科学家，在这个课题上获得足够的知识，使我们能够在日常实践中处理简单的情况。
当变化率增加时，现象所特有的电流的变化特性有很大的提升，因此通过恰当构造的仪器的应用，对这些电流的研究是相当便利的。对于这个和其它计划内的课题，我建造了具有每分钟提供超过两百万逆电流能力的交流电设备，于此主要是由于我可以提请你注意一些迄今达成的结果，我希望这将证明是领先的一步，由于它们对最重要问题之一的直接影响，即，一个实用和高效的光源的生产。
这种快速交变电流的研究是非常有趣的。几乎每个实验都披露了一些新的东西。当然，许多的结果可以预料到，但更多是意外。实验者做了许多有趣的观察。例如，我们持一块铁对着磁铁。从低交变开始，运行越来越高，我们感觉到斥力相继着斥力越来越快，变得越来越弱，并终于消失。我们于是又观察连续的吸力；吸力，当然，并不连续；它只是显得如此，我们的触觉是不完美的。
我们可以下一步在电极之间建立一个电弧并观察，当交变上升，可注意到伴随着交变电弧声音越来越尖利，并逐渐减弱，然后最终停止。空气振动，当然，是连续的，但它们太弱了，以至于我们无法感知；我们的听觉辜负了我们。
我们观察到有点生理效应、铁心和导体的快速加热、奇怪的感应效应、有趣的电容器现象、以及更有趣的带有高压感应线圈的光现象。所有这些实验和观察都将是研究者最感兴趣的，但他们的描述会误导我远离主题。部分是这个原因，而部分是由于其更为重大的重要性，我将只谈这些电流产生的光效应。
在这个实验中，为此目的，一个高压感应线圈或等效的器具用来转换相对较低的电流为高压电流使用。
如果你对这个结果有足够的兴趣，我会描述为开始这一课题的实验性研究；如果你确信论据的真实性，我会推进你的目标为去产生高频和高电位；换言之，就是强大的静电效应。然后，您会遇到很多困难，如果完全克服，就能使我们得到绝妙的成果。
首先将会遇到难以用机械器具的方式获得所需的频率，而且，如果它们能以其它方式获得，就会出现不同性质的障碍。其次，你会发现不大大增加设备的尺寸就很难找到必要的绝缘材料，由于所需的势能很高，而且，由于交变急剧，绝缘材料就特别困难。所以，举例来说，存在一种气体时，或许就能放电，通过气体的分子碰撞，并随之发生加热，穿过多达一英寸的最佳固体绝缘材料，如玻璃、硬质橡胶、陶瓷、密封蜡等；事实上，穿过任何已知的绝缘物质。
一般我的经验往往表明具有最高的电容率的物体——如玻璃，对于其它的来说是相当劣质的绝缘，其中，它们尽管是个好的绝缘体，有着小得多的电容率，如油，举例来说，其介电损失无疑比前者大得多。绝缘的麻烦，当然，只存在电位过高时，如几千伏的电位，在一台比如说每秒20000交变、并有相当距离的设备输送电流中是不会遇到特殊麻烦的。然而，这种交变数用于多种用途，迄今为止还是太小，虽然对一些实际应用来说已经相当足够的了。幸运的是，这种绝缘上的麻烦并非是一个重大障碍；它对设备的大小大多有影响，如，当所用电位过高时，光源设备要放到离仪器不远处，而通常要相当贴近。由于绝缘导线的空气轰击是基于电容器的作用，通过使用绝缘极好的极细导线可以减少一点点损失。
另一个遇到的麻烦是线圈必定具有的电容和自感。如果是个大线圈，即，如果它含有导线的长度很长，它一般不适合于过分高的频率；如果它很小，它可能就能很好地适应这种频率，但电压于是就可能就达不到所需的高压。一个好的绝缘体，最好是一个有小的电容率的，将具有双重的优势。首先，这将使我们能够构建一个能够承受巨大差异电压的很小的线圈；而其次，这样一个小线圈，由于其较小的电容和自感，将能够更快和更有力的振动。问题于是关于构建一个线圈或任何一种感应装置，具有必要的品质，我认为是一个不小的重要性，而它已经占据了我相当长的时间了。
那些渴望重复实验的研究者，这个我将介绍，用一台交流电设备，能够提供所需频率的电流，还有一个感应线圈，较妥的方法是把初级线圈拿出来，而次级线圈绕制在一个中空的管子上。他于是将能够观察到从初级到绝缘管的光流，并根据其烈度，他能知道应变线圈到什么程度。没有这种预防措施，他一定会损坏绝缘材料。然而，这种配置使得初级容易交换，这在这些实验中是明智的。
最为适合目的的机器类型的选择必须留给实验者判断。这里说明了三种不同类型的机器，其中，除了别人的，都是我在我的实验中使用的。
图97是我在研究所之前的实验中使用过的机器。场磁体由一个带有 384 极凸的熟铁环组成。电枢包括一个钢盘被一个薄的、仔细焊接的熟铁边缘固定。在缘的上面缠绕了几层精细的、经过良好退火的铁丝，它在缠绕时要涂一层虫漆。电枢导线绕着黄铜针脚缠绕，用丝线包裹。这类设备的电枢导线直径不应超过极凸点的厚度，否则自放电会非常大。
图 98 是不同类型的一个更大的设备。这台设备的场磁体由两个相像的部分组成，它或是附入了一个激励线圈，否则就是各自绕制。
每个部分有480 个极凸，一个极凸面对另一个。电枢由一个硬青铜轮组成，带有在场磁体的极凸之间旋转的导线。绕制电枢导线，我发现最方便的是以下列方式进行。我造一个所需大小的硬青铜环。这个环和轮缘有着适当数量的引脚，而且都固定在盘片上。绕制电枢导线，切断引脚，页面是导线两端通过两个拧在青铜环和轮缘上的环来分别固定。整个于是可能会被取走，并形成了一个坚实的结构。这种类型设备的导线应该由铜片组成，其厚度，当然，基于极凸的厚度；否则就采用绞合细线。
图 99 是一个较小的设备，在很多方面类似于前者，只在这里电枢导体及励磁线圈保持不动，而只有一个熟铁块旋转。
废话少说，我还是多谈谈这些设备的构造细节吧。而且我已经在1891年3月18日的电气工程师协会对此做过详尽的描述了。我认为这还行，但是，请研究者注意两件事，其重要性，虽然不证自明，他仍然趋于低估；即，对于导体的自放电必须小心避免，而对于空隙，必须要小。我可以添加，是因为它用着一个非常高的边缘速率，电枢应有一个非常大的直径以避免难以实行的带速度。对于我建造的这些设备的几种类型，我发现在图97中的那个类型做起来最少麻烦，维护也容易，而总的来说是一种很好的实验机。
在用急剧的交流电运行的感应线圈中，自然注意到第一种发光现象是通过高压放电所呈现的。当每秒交变上升，或当通过初级的电流变化很高时，放电的外观逐渐改变。很难描述所产生的细微变化，以及它们所带来的条件，但你可能会注意到放电有五种截然不同的形式。
第一，你能观察到一个微弱的、敏感的放电，像一条颜色很淡的细线。（图100a）每当每秒交变数高时它总会出现，通过初级的电流非常低。尽管电流过小，变化率是很大的，而且次级末端的电位差因而是相当大的，使得电弧可以在很远的距离产；但“电”开始运动的数量是无足轻重的，仅仅足以维持一个细细的线状电弧。它过于敏感到这种程度，只要在线圈附近呼吸就会影响它，除非它完全与气流隔绝，它就能不间断地扭动。尽管它处于这种过度的不间断的状态，而当两个末端接近——比如说——三分之一的攻击距离，就很难吹熄它了。这种特殊的不间断性太短的时候，主要是因为电弧太细；现在，因此，一个非常小的表面在疾吹。其极度敏感性非常长的时候，可能是由于空气中的悬浮尘埃的粒子的运动。
当通过初级的电流增加，放电会变阔和变强，而线圈的能力的影响变得可见，直到最后，在适当的条件下， 一个白色火焰的电弧，图100b，通常有人的手指那么粗，并产生跨过整个线圈的弧闪。它变得异常的热，而且其进一步的特征也许是伴随着放电不那么强烈而缺乏高音。被这种条件下的线圈电击是不明智的，虽然在不同条件下，电压会高得多，被线圈电击也许并无大碍。若要产生这种放电的每秒交变数，必须不要用太大的线圈；而且，一般来说，必须遵守一定的电容、自感和频率之间的关系。
这些元素的重要恬一个交流电电路中是众所周知的，而且通常情况下，一般规则适用。但在感应线圈的异常条件中占优。首先，自感在弧建立之前是意义不大的，当它发出其本身时，但也许从来没有像普通交流电电路中那样显著，因为容量被沿着线圈的分布，而且事实上线圈通常放电通过很大的电阻；因此电流是格外地小。其次，电容随着电压的上升而持续增加，由于在相当程度上发生的吸收的缘故。由于不存在这些数量之间的重要关系，而普通规则似乎并不适用。当由于频率的增加或通过初级的电流的增加而使电压增加，能量的储存变得越来越大，而容量增益越发重要。上升到某一个点的容量是有益的，但在那之后，它开始成为一个巨大的障碍。据此每个线圈以一个给定的频率和初级电流给出最好的结果。一个非常大的线圈，以一个频率非常高的电流运行时，可能无法提供像1/8英寸那么在的火花。 通过增加容量给终端，状况可能会改善，但线圈真正想要的是较低的频率。
当发生焰弧放电时，条件是明显地已经造成最大的电流流过电路。这些条件可通过在不超出限制的范围内改变频率来达到，但在最高频率时焰弧仍然可以产生，取决于一个给定的初级电流，线圈的最大闪击距离。在焰弧放电中电容的显赫效应并不明显；能量储存的速度只是刚好等于能够电路处理处理的速率。这种放电对线圈是一个最严峻的考验；当停顿发生时，就是在莱顿瓶中过充电的那种属性。粗略近似地说，以一个普通线圈，比如说，10,000 欧姆的电阻，用大约每秒12,000的交变将会产生最大功效的电弧。当频率超出那个速率，电压当然上升，但尽管如此，闪击距离会减弱，这是出乎意料的。当电压上升，线圈获得越来越多的静电起电机的特性，直到最后，你可以看到图.101的美丽的放电光流现象，它能在跨整个线圈的长度上产生。在那个阶段，光流开始从所有的点上大量涌出和喷射出来。这些光流也能在初级和绝缘管之间的空隙里大量看到。当电压过高时，它们通常会出现，即便频率低，即便初级被厚达一英寸的腊、硬质橡胶、玻璃或别的绝缘物包围着。这大大限制了线圈的输出，但稍后我会说明我是怎样在普通的线圈中已经能够很大程度上克服这一缺点的。
除了电压，光流的强度取决于频率；但如果线圈非常大，它们会自我展现，不管用的频率有多低。例如，在一个我以前制做的电阻为67,000 欧姆的非常大的线圈里， 它们在每秒100的交变或更少的频率上 ,在用硬橡胶3/4英寸作为次级的绝缘上出现。当它们产生一个非常强烈的类似霍尔茨感应电机充电时的噪音时，而却更加强大得多，而且它们还发出强烈的臭氧气味。频率越低，越容易突然对线圈造成伤害。用过高的频率，它们可以自由通过，而不会产生任何其它的缓慢均匀加热绝缘的效应。
这些光流的存在显示构建昂贵线圈的重要性，为了可以通过围绕着初级的管子去看，而初级应该是容易改变的；否则初级次级之间的空间应该被绝缘材料完全填满，以排出所有空气。在商业圈构建中不遵守此简单规则是毁坏许多昂贵的线圈的原因。
当发生光流排放阶段，或以略为较高的视频，你可以， 通过相当贴近终端，和适当调节电容的影响，产生一个真正的银白色的小的火花喷射，或在一个强大的每一次刷形火花中的一束极细的银白线（图.102），或对应于一个交变的线。这，在适当条件下产生的，可能是最美丽的放电，当空气中爆炸直接对着它，它呈现出了一种奇异的外观。火花的喷射，当通过人体接收时，会导致一些不便，但是，当放电只是光流，完全感觉不到什么，如果手持一个大的导电物体以防受到小烧伤。
如果频率一直增加，则线圈拒绝给出任何火花，除非在相对小的距离，而能观察到放电的第五种典型形式（图.103）。流出和消散的趋势是如此之大，当在一个末端产生刷形时，没有火花发生，即使，我曾多次尝试，手，或任何导电物体，拿着放入光流里；流内举行，更奇异的是，通过用导体接近，光流也容易被偏转。
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第27章.高压高频的交流电实验
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