М. ИВАНОВ скии
ИЗДАТЕЛЬСТВО ЦК ВЛКСМ
МОЛОДАЯ ГВАРДИЯ
19 5 2
НАУЧНЫЙ РЕДАКТОР
ПРОФЕССОР Б. А. ОСТРОУМОВ
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ЭЛЕКТРОН ЗАЯВЛЯЕТ О СВОЕМ СУЩЕСТВОВАНИИ
Первое знакомство
В 1663 году священник села Новые Ерги, имено-
вавший себя «поп Иванище», сообщил в ближай-
ший монастырь о некоем непонятном и страшном
событии, которое в том селении наблюдалось. Поп
Иванище писал: «огнь на землю падал по многим
дворам, и на путех, и по хоромам, аки кудели горя и
люди от него бегали, а он катается за ними, а ни-
кого не ожег, а потом поднялся вверх во облак».
Сравнение с горящей куделью помогает понять,
что именно случилось в селе Новые Ерги. Ку-
дель — это пеньковые или льняные очёсы. Их
обычно хранят на чердаках или в сараях. Во время
пожара восходящие потоки горячего воздуха под-
хватывают легкие пушистые хлопья загоревшейся
кудели, и они летают над пожарищем, как огнен-
ные мячики.
г	а
Следовательно, таинственный «огнь» был похож
на горящую кудель, он катался за людьми, а по-
том поднялся вверх. Все это позволяет думать, что
поп Иванище наблюдал шаровые молнии — редкое
и до сих пор плохо изученное электрическое яв-
ление.
Старинные книги рассказывают и о так назы-
ваемых огнях святого Эльма, которые иногда появ-
ляются перед грозой на высоких и остроконечных
предметах. Эти огни похожи на бледные, светя-
щиеся кисти, колеблющиеся на верхушках кора-
бельных мачт, на крестах и шпилях церквей и даже
на остриях копий и пик у ратников в походе.
Издавна наблюдали русские люди полярные
сияния или «пазори» — бледнозеленые, розовые или
даже багряно-красные столбы света, которые ино-
гда колышутся ясной зимней ночью на северной ча-
сти неба.
И, конечно, с незапамятных времен людям было
известно такое обычное проявление атмосферного
электричества как молния.
Но не только атмосферные электрические явле-
ния указывали людям на существование этой могу-
чей силы природы. Более двух с половиной тысяч
лет назад ремесленники древней Греции познакоми-
лись с электрическими свойствами янтаря. Обтачи-
вая и полируя янтарные бусы, серьги, браслеты и
другие украшения, греческие камнерезы заметили,
что от трения этот материал начинает притягивать
к себе соломинки, волоски шерсти, кусочки ниток.
В шестом веке до начала нашего летоисчисле-
ния странная особенность янтаря привлекла внима-
ние греческого философа Фалеса Милетского. Фа-
4
Рис. 1. С этим проявлением атмосферного электри-
чества люди были знакомы с незапамятных времен.
лес натирал янтарь сукном и наблюдал, как янтарь
притягивал пушинки. Эти опыты философ показы-
вал своим ученикам, но объяснить их не мог.
Значит, с незапамятных времен люди были зна-
комы с электризацией трением. Однако серьезного
значения этому явлению они не придавали,— его
воспринимали как редкостную диковинку. И никому
не приходило в голову связать представление
о молнии и громе с забавными свойствами янтаря.
О природе электрических явлений ученые древ-
него мира высказывали разные, не подкрепленные
опытом предположения и догадки. Одно из таких
5
объяснений предложил римский философ и поэт
Лукреций Кар, живший две тысячи лет назад.
О молнии Лукреций писал:
Этот тончайший огонь из огней, существующих в мире,
Сделан природой весь из мельчайших и самых подвижных
Тел, для которых ничто не в силах поставить преграды.
Только сравнительно недавно люди узнали, что
в стихах Лукреция о молнии есть доля истины, но
эта доля истины была рождена не научным иссле-
дованием, а просто догадкой.
Древние ученые ничего не сделали для того,
чтобы проникнуть в суть электрических явлений, да
они и не могли ничего сделать, так как техника
того времени была еще очень слаба.
В течение первых полутора тысяч лет нашей
эры, которые известны в истории под названиегл
средневековья, наука почти не развивалась.
Но уже в X и XI веках начинают расти города,
происходит разделение труда между городом и де-
ревней, расширяется обмен; в городах развивается
ремесленное производство и вслед за этим воз-
никает потребность в научном обобщении на-
копленных знаний. В следующие столетия естество-
знание делает заметные успехи. Наряду с бого-
словскими книгами все чаще появляются научные
трактаты. Одно из сочинений, вышедших в свет
в 1600 году, называлось: «О магните, магнитных
силах и овеликом магните Земли». Автором его
был английскйй медик Уильям Джильберт.
В этой книге он рассказывал не только о магне-
тизме, но и описывал свои «электрические опыты q
янтарем и другими веществами».
€
Рождение нового слова
Джильберт повторил опыты Фалеса Милетского
и убедился, что не только янтарь, но и алмазы,
драгоценные камни, горный хрусталь, сера, смолы,
сургуч, стекло и многие другие твердые вещества,
когда их натирают сукном, кожей или мехом, при-
обретают свойство притягивать легкие предметы.
Это уже само по себе было важным открытием.
Оно показывало, что таинственная притягательная
сила присуща не только одному янтарю. Эта сила,
решил Джильберт, является не свойством какого-
либо одного вещества, а свойством того, что скры-
вается во многих веществах, пропитывая их, как
вода пропитывает губку.
Это нечто, содержащееся в порах разных ве-
ществ, думал Джильберт,— особая невидимая
жидкость. При трении она выдавливается из пор
и проявляет свои «янтарные» свойства.
Для этой жидкости Джильберт придумал назва-
ние: «янтарная субстанция». Но, составляя новый
термин, Джильберт взял корень греческого назва-
ния янтаря — «электрон». Отсюда и получилась
«электрическая субстанция» или, короче, «электри-
чество».
Так родилось слово, которым стали обозначать
всю совокупность электрических явлений.
После Джильберта в течение полутора столетий
исследованиями электрических явлений занимались
многие ученые.
Для своих опытов они добывали электричество
трением. В одних случаях лисьим мехом натирали
сургуч, в других — кожей терли стекло. Ученому
7
Отто Герике пришла в голову мысль соорудить
машину для добывания электричества. Он налил
в большую круглую колбу расплавленной серы.
Когда сера застыла, Герике разбил колбу, извлек
серный шар, насадил его на ось и поместил в ста-
нок так, чтобы шар можно было вращать.
Помощник крутил шар, а Герике прикладывал
к нему различные предметы, желая найти наиболее
подходящий материал, чтобы электризовать серу.
Он перепробовал множество материалов и наилуч-
шим оказались... собственные ладони ученого.
С тех пор Герике и многие его последователи до-
бывали электричество буквально собственными
руками.
Во время своих опытов с наэлектризованным
серным шаром Герике заметил, что пушинка, на
Рис. 2. Серный шар и станок Отто Герике для добы-
вания электричества.
8
Рис. 3. Электричество для опытов добывали тогда
собственными руками.
миг притянувшаяся к шару, затем отрывается от
него и больше уже не притягивается, наоборот, она
отталкивается. Тогда Герике подбросил наэлектри-
зованную пушинку вверх и, держа серный шар под
пушинкой, заставил ее летать в воздухе. Наэлектри-
зованный шар, отталкивая пушинку, мешал ей
упасть. И она летала до тех пор, пока Герике не
надоедало ее гонять.
Так было открыто свойство наэлектризованных
тел не только притягивать другие тела, но и оттал-
кивать их.
9
Наблюдая отталкивание наэлектризованных тел,
Герике встретился с явлением, чрезвычайно изумив-
шим его. Когда ученый вынул из станка наэлектри-
зованный серный шар, маленькое перышко, лежав-
шее на земле, поднялось, подлетело к шару и, на
мгновение коснувшись его; тотчас опустилось на
землю. Едва дотронувшись до поверхности земли,
перышко снова подскочило к шару. Чуть продер-
жавшись у его поверхности, оно опять совершило
путешествие до земли и вернулось затем к шару.
Пляска перышка продолжалась до тех пор, пока
электризация шара не ослабела.
Ученые, повторившие этот опыт, дали ему такое
объяснение: серный шар имеет некоторый запас
электричества. Перышко, притянувшись к шару,
заимствует часть его электричества, электризуется
и отталкивается от шара. Опустившись на землю,
перо отдает земле захваченную им порцию электри-
чества и снова приобретает способность притяги-
ваться к шару.
Коснувшись серного шара, перышко захватывает
новую порцию электричества, какая только может
поместиться на перышке, и опять несет его на
землю. Так, подобно носильщику, перышко пере-
таскивает электричество от серного шара в землю.
Из этого опыта родилось представление об
электрическом заряде как о порции электричества,
которая может поместиться на том или ином пред-
мете. На крупном предмете, вроде серного шара,
заряд большой, а на крохотной пушинке — ма-
ленький.
После было установлено, что заряд, полученный
от трения на стекле или на сере, не может сам
Ю
по себе передвигаться по их поверхности; он долго
сохраняется в тех местах, где возник. Нужно
коснуться такого места, чтобы частично снять
заряд.
Далее выяснилось, что те предметы, которые не
удавалось наэлектризовать трением, когда держали
их в руке, прекрасно электризуются, если их поме-
стить на подставку из вещества, легко заряжающе-
гося трением.
При этом оказалось, что заряд растекается по
всей поверхности таких предметов, а не связан
с тем местом, которое подверглось натиранию. Этч
вещества были названы проводниками заряда.
Стало понятно, почему сначала заряды на них не
были замечены,— они просто стекали на другие
предметы.
Вещества, по которым заряды не могли переме-
щаться, тогда были названы изоляторами. Они
позволяли уединить, задержать заряд, возникающий
на проводнике, не давали ему растекаться по окру-
жающим предметам.
Два рода зарядов
Во время одного опыта с Герике случилось ма-
ленькое, но забавное происшествие. Пушинка, от-
толкнувшись от наэлектризованного серного шара,
стремительно полетела в сторону и притянулась
к кончику носа ученого. Это показало, что при тре-
нии руки о серный шар наэлектризовался не только
шар, но и человек. Он тоже с?ал притягивать пы-
дащш и пущинки.
И
Ученые наблюдали часто ‘Притяжение наэлектри-
зованных предметов к ненаэлектризованным. Пу-
шинка, получив электрический заряд, обязательно
оседала на каком-либо предмете, не имевшем
заряда.
Такие опыты показали, что электрические заряды
отталкиваются друг от друга, а притяжение возни-
кает лишь между телами, из которых одно песет
электрический заряд, а другое его не имеет. Два
предмета — наэлектризованный и ненаэлектризован-
ный, притянувшись друг к другу, как бы делят
заряд между собой и затем отталкиваются.
Таковы были сведения об электрическом за-
ряде, накопленные наукой к середине XVIII сто-
летия.
Первым прибором, позволившим измерить элек-
трические заряды, был электрометр, построенный
русским академиком Г. В. Рихманом—другом
М. В. Ломоносова.
Электрометр Рихмана состоял из вертикальной
изолированной смолой или ртеклом металлической
линейки и привязан-
ной к ее верхнему
концу нитки. Когда
линейке сообщали
электрический заряд,
он растекался также
и по нитке. Заряды,
скопившиеся на ли-
нейке и на нитке, за-
ставляли нитку от-
талкиваться от ли-
нейки. Нитка откло-
Р и с. 4. Электрометры Рихмана.
12
Р и с. 5. Электро
скоп.
йялась в сторону тем круче, чем
больший заряд она получала. Из-
меряя угол между линейкой и нит-
кой, Рихман судил о величине за-
ряда (рис. 4).
Последующие исследователи за-
метили еще одну важную особен-
ность электрических зарядов.
Французский физик Дюфе изго-
товил для своих опытов прибор с
двумя нитками вместо одной.
Сквозь пробку стеклянной банки он
пропустил металлический стержень.
Верхний конец стержня был увен-
чан металлическим шариком, а с
нижнего свешивались две тончай-
ших длинных полоски из сусально-
го золота или две ниточки, не доходившие до дна.
Когда металлическому стерженьку сообщали элек-
трический заряд, ниточки отталкивались друг от
друга, сигнализируя о присутствии заряда. Такой
прибор назвали электроскопом (рис. 5).
Дюфе натер кожей стеклянную палочку и при-
ложил ее к шарику электроскопа. Тотчас же ни-
точки растопырились. Затем исследователь, натер
сукном сургучную палочку. Она, разумеется, тоже
наэлектризовалась и стала притягивать к себе со-
ринки. Но когда Дюфе поднес наэлектризованный
сургуч к электроскопу, уже получившему заряд от
стеклянной палочки, произошло нечто странное.
Ниточки электроскопа, приобретя дополнительный
заряд от сургуча, не разошлись в стороны еще
круче, как этого можно было ожидать, а наобо-
13
рот — сблизились. Они показали, что заряд исчез!
Тогда Дюфе натер сукном сургуч и поднес его к
электроскопу — ниточки разошлись. Затем наэлек-
тризовал стеклянную палочку и коснулся ею шарика
электроскопа. Опять ниточки, потеряв заряд, повисли.
Дюфе ставил опыт за опытом. Два бузинных
шарика, подвешенные на шелковинках и получив-
шие заряды от стеклянной палочки, отталкивались
друг от друга. Точно так же вели себя шарики,
заряженные от сургучной палочки. Но когда Дюфе
зарядил один шарик электричеством стеклянной па-
лочки, а другой — сургучной, то они не отталкива-
лись, а начинали притягиваться.
Дюфе решил, что существуют два совершенно
противоположных по своим свойствам электриче-
ства — «стеклянное» и «смоляное». Однородные
электрические заряды отталкиваются, разнород-
ные — притягиваются. Придя в соприкосновение,
говорил Дюфе, разнородные заряды исчезают.
Другие исследователи, производившие эти же
опыты, заметили, что когда натирают сукном сургуч
(или кожей стекло), то электризуются сразу оба
предмета — и сукно и сургуч, но заряды получаются
на них хотя и одинаковые по величине, но разных
«сортов», на сукне — «стеклянные», а на сургуче —
«смоляные».
Ученые возражают
Не все физики согласились с предположением
Дюфе. Особенно резко возражал против его гипо-
тезы гениальный русский ученый М. В. Ломоносов.
Как это может быть, спрашивал Ломоносов,
14
чтобы что-то превращалось в ничто? Было порознь
два электрических заряда, а как только они со-
шлись вместе — исчезли оба!
Гипотеза Дюфе противоречила одному из вели-
чайших и основных законов природы — закону со-
хранения материи и движения, который был уста-
новлен и доказан Ломоносовым:
«Все перемены в Натуре случающиеся такого
суть состояния, что сколько чего у одного тела от-
нимется, столько же присовокупится другому. Так,
ежели где убудет несколько материи, то умножится
в другом месте; сколько часов положит кто на бде-
ние, столько же сну отнимет. Сей всеобщей естест-
венной закон простирается и в самые правила дви-
жения: ибо тело, движущее своей силой другое,
столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает
другому, которое от него движение получает».
Что-либо не может превратиться в ничто, из ни-
чего нельзя сделать что-то. Материя и движение
неразрывны, вечны, они только изменяют форму,
но ни при каких условиях не исчезают.
Современник М. В. Ломоносова В. Франклин вы-
двинул против Дюфе такие доводы: почему эти два
сорта электричества всегда одинаковы по количе-
ству? Почему они всегда появляются одновременно
и никогда порознь? Не есть'ли это то же самое,
что предмет и его тень? А мы, не зная, где
предмет и где его тень, считаем тень другим пред-
метом!
Электричество — одно, оно распространено всю-
ду, содержится во всех без исключения телах, но
й> проявляет себя, так как его везде поровну. Когда
15
мы натираем кожей стекло, или сукном сургуч, то
никакого особого «стеклянного» или «смоляного»
электричества не возникает. При трении происходит
только перераспределение зарядов: на одном из
соприкасающихся при трении тел образуется избы-
ток электричества, на другом — недостаток.
И когда наэлектризованные сургуч и стекло со-
прикасаются, избыток встречается с недостатком и
заряды не исчезают, а лишь уравновешиваются или,
как обычно говорят, нейтрализуются, действие их
перестает чем-либо проявляться.
Чтобы отличить избыток от недостатка «мы
условимся называть всякое тело наэлектризованным
положительно, если оно отталкивается стеклянной
палочкой, натертой шелком, и наэлектризованным
отрицательно, если оно отталкивается сургучом,
натертым кошачьим мехом»,— так писал Франклин,
который ввел подразделение зарядов на положи-
тельные, обозначенные знаком плюс, и отрицатель-
ные, обозначенные знаком минус.
Обозначение двух родов зарядов знаками плюс
и минус сохранилось и поныне.
Современная наука установила, что в действи-
тельности во всех предметах существуют два рода
зарядов: положительные и отрицательные, но пока
их содержится поровну — они себя не обнаружи-
вают. Если же отнять у предмета часть его отрица-
тельных зарядов, он наэлектризуется положительно,
а отнятые отрицательные заряды перейдут на какой-
либо другой предмет, который, конечно, зарядится
отрицательно.
Так, например, когда натирают стекло кожей, то
на стекле образуется избыток положительных заря-
16
Доё, а на коже — избыток отрицательных. Стекло
заряжается положительно, а кожа отрицательно.
Однако заряд на коже не всегда проявляет
себя, потому что и кожа и человек, который ее дер-
жит в руке, сравнительно хорошо проводят электри-
чество. Заряд с кожи уходит в руку человека, а за-
тем в землю, и, конечно, его обнаружить не удает-
ся,— он уже исчез; но если натянуть на руку рези-
новую перчатку или как-нибудь изолировать кусок
кожи, заряд останется, и его можно обнаружить,—
поднести кожу к электроскопу, и листочки электро-
скопа разойдутся.
Еще одно заблуждение
Вслед за Дюфе петербургский академик Эпинус
сделал еще одно важное открытие, которое тоже
послужило источником нескончаемых споров. Эпинус
заметил, что все предметы, находящиеся вблизи ка-
кого-либо наэлектризованного тела, приобретают
электрические заряды. Когда к наэлектризованному
телу подносят электроскоп, то его листочки расхо-
дятся в стороны еще до соприкосновения шарика
электроскопа с наэлектризованным телом.
В этом явлении для ученых XVIII века самым
удивительным было то, что предметы, на которых
появлялись электрические заряды, не соприкасались
с наэлектризованным телом: его действие сказыва-
лось на расстоянии.
Новое явление получило название электризации
наведением или электризации путем индукции, а по-
лучившиеся при этом заряды — индуктированными.
2 м. Ивановский
17
Сначала казалось, что индуктированные заряды
не совсем «настоящие», ведь стоило только удалить
электроскоп от заряженного тела, как его ли-
сточки спадались и заряд электроскопа исчезал.
Но это было недоразумением, и оно вскоре выяс-
нилось.
Исследуя электризацию наведением, ученые
установили, что предмет, на котором возникает
индуктированный заряд, электризуется двояко, то
есть на его противоположных сторонах скапли-
ваются заряды разных знаков. Если наэлектризо-
ванное тело несет положительный заряд, то сто-
рона предмета, обращенная к наэлектризованному
телу, приобретает отрицательный заряд, а его дру-
гая сторона — положительный.
Один исследователь догадался взять для опыта
Рис, 6. Половинки этого прибора
приобретают разноименные за-
ряды.
предмет, состоящий
из двух половинок —
нечто вроде шара
с разъемными полу-
шариями (рис. 6).
Он приблизил его
к наэлектризованному
предмету, а затем
раздвинул половинки
(каждая половина
была укреплена на
своей изолирующей
подставке;) ученый
тем самым разделил
заряды. Одно полу-
шарие оказалось за-
ряженным положи-
18
ТеЛьно, а другое — йФрицательно. И заряды на полу-
шариях не исчезали даже, когда наэлектризованный
предмет отодвигали в сторону, значит, это были
самые «настоящие» заряды.
. Такой опыт доказал, что в каждом предмете
действительно имеются и положительные и отрица-
тельные заряды, но пока их в теле поровну и пока
они распределены равномерно, тело остается ней-
тральным, а заряды, в нем содержащиеся, никак
себя не проявляют. При электризации наведением,
под воздействием наэлектризованного тела, заряды
рассортировываются: положительные отходят в одну
сторону, а отрицательные в другую — одноименные
с наводящим зарядом отталкиваются, разноименные
к нему притягиваются и стремятся приблизиться.
Другой исследователь захотел узнать, насколько
ослабевает электрический заряд оттого, что он соз-
дает индуктированные заряды в окружающих его
предметах.
Для опыта ученый взял большой металлический
диск, положил его на стеклянную пластинку, на-
электризовал положительным электричеством и при-
крыл другим куском стекла. Затем ученый взял дру-
гой такой же металлический круг, но только снаб-
женный стеклянной рукояткой. Этот второй круг
ученый положил поверх наэлектризованного диска,
как изображено на рисунке 7. Разумеется, круг при
этом тоже наэлектризовался, то есть в нем разде-
лились заряды: положительные скопились на верх-
ней стороне круга, а отрицательные — на нижней.
Положительные заряды можно было отвести
в землю, просто коснувшись круга рукой, тогда на
круге остались только отрицательные заряды; их
2*
19
Рис. 7. Заряд металлического
диска, лежащего между стеклян-
ными пластинками, оказался не-
истощимым.
Нельзя было уда-
лить,— они удержи-
вались притяжением
положительным заря-
дом на нижнем
круге.
Ученый взял этот
круг за стеклянную
рукоятку, отнес его
в сторону и там раз-
рядил. Затем сно-
ва положил свой
круг поверх наэлек-
тризованного диска,
круг снова наэлек-
тризовался, а ученый
отнес его в сторону
и разрядил.
Исследователь проделал это в третий раз, в чет-
вертый. .. Ученый носил свой круг туда и сюда, по-
переменно то заряжая его у диска, то разряжая
в стороне. Однако заряд металлического диска,
лежавшего на стеклянной пластинке, от этого ни-
сколько не ослабел.
Опыт пришлось прекратить, так как ученый
устал таскать круг взад и вперед; он убедился, что
истощить заряд металлического диска таким обра-
зом невозможно!
Этим опытом было установлено, что электриче-
ский заряд, индуктируя в других предметах наве-
денные заряды, сам не уменьшается и не расхо-
дуется.
20
Все это — и явление индукции, и явная неисто-
щимость заряда, возбуждающего другие заряды,—
было непонятно.
Люди придумывали различные, по большей
части совершенно необоснованные объяснения и
спорили друг с другом, безуспешно стараясь от-
стоять каждый свое мнение.
Тогда многие физики считали, что электризация
наведением является волшебным свойством электри-
ческих зарядов и они могут действовать на расстоя-
нии, рождая другие заряды из ничего. Это мнение
противоречило ломоносовскому закону сохранения
материи, оно было глубоко ошибочным и заводило
науку втупик.
Электрическое поле
Удивительное явление получило правильное объ-
яснение только тогда, когда физики поняли, что
вокруг каждого наэлектризованного тела суще-
ствует что-то такое, что воздействует на другие
заряды. Это «что-то» ученые стали называть элек-
трическим полем.
Электрическое поле неразрывно связано с заря-
дом, однако это не сам заряд. Поле составляет
как бы своеобразное продолжение заряда в окру-
жающем его пространстве. Поле отлично от заряда,
но оно не менее реально, не менее материально,
чем сам заряд.
Обнаружить существование электрического поля
возле заряда можно весьма простым опытом. Для
этого надо наклеить на стеклянную пластинку кру-
2!
Рис. 8. Кристаллики гипса распо-
ложены в определенном порядке
между наэлектризованными
кружками.
ские заряды — одному
отрицательный, затем
жочек из станиоля
или фольги, наэлек-
тризовать его и по-
сыпать мелкими
игольчатыми кри-
сталликами гипса или
хинина. Кристаллики
разложатся по ли-
ниям расходящими-
ся лучами во все
стороны от заряжен-
ного кружка. Если
вырезать из фольги
два кружка и им со-
общить электриче-
положительный, а другому
на -стекло насыпать мел-
Р и с. 9. Вид электрического поля
между кружками, одноименно
заряженными.
кие игольчатые кри-
сталлики гипса, то
под воздействием
электрического поля
иголочки гипса уля-
гутся в определен-
ном порядке; их рас-
положение отчасти
напоминает разме-
щение железных опи-
лок возле полюсов
магнита (рис. 8).
Одноименно заря-
женные кружки, ког-
да их обсыпают гиП’
22
сом, дадут картину электрического поля, изобра-
женную на рисунке 9. Благодаря гипсовым кристал-
ликам электрическое поле между двумя наэлектри-
зованными кружками становится видимым.
Академик А. Ф. Иоффе рассказывал, какой слу-
наблюдать. Вместе
чай ему однажды пришлось
с известным физиком К. Рент-
геном Иоффе работал на вер-
шине горы. И вдруг длинные
волосы Рентгена распушились,
а его большая борода взъеро-
шилась так, что Рентген стал
похожим на Черномора.
Внезапное превращение
Рентгена в Черномора было вы-
звано большой тучей, прохо-
дившей в это время над верши-
ной горы. Туча несла с собой
большой электрический заряд;
между тучей и горой образо-
валось электрическое поле. Под
Рис. 10. Электриче-
ское поле между от-
рицательно заряжен-
ным кольцом и круж-
ком, заряженным по-
ложительно,
влиянием этого поля волосы Рентгена расположи-
лись так же, как и кристаллики гипса между ста-
ниолевыми наэлектризованными кружочками, то
есть вдоль так называемых силовых линий элек-
трического поля.
Ларчик просто открывался
Тот ученый, который носил взад и вперед свой
круг, попеременно то заряжая его, то разряжая,
думал, что электрические заряды возникают сами
собой из ничего, и это было ошибкой. Заряды не
23
создавались — они и до опыта присутствовали'
в круге, как и во всяком теле. А электрическое поле
только разделило их. Круги приобрели разноимен-
ные заряды. Эти заряды, а вместе с ними и сами
круги, притягивались друг к другу с определенной
силой.
Чтобы оторвать верхний круг от нижнего, при-
ходилось приложить некоторое усилие, произвести
работу. И когда ученый удалял верхний круг, на
нем оказывался свободный заряд, обладающий за-
метной энергией; она проявляла себя при разряде
круга в виде яркой искры.
Эта энергия создавалась тем усилием, которое
затрачивал ученый, его работой.
Учитывая работу, которую приходится произво-
дить, двигая определенный заряд в поле, можно
получить наиболее точное представление о силе
электрического поля в каждой его точке.
Возьмем проводник в виде шара на изолирую-
щей подставке, заряженный положительно. Если мы
поднесем к нему шарик, заряженный также поло-
жительно, на него будет действовать сила отталки-
вания, направленная по продолжению радиуса шара.
Чем больше эта сила, тем больше напряженность
поля в данной точке.
На рисунке 11 расходящиеся прямые линии по-
казывают направления сил, действующих на поло-
жительный заряд в поле положительно заряженного
шара. Эти линии называют силовыми линиями.
Поднося наш заряженный шарик к большому
шару, приходится совершать работу, преодолевая
сопротивление электрических сил отталкивания. Чем
ближе мы поднесем шарик к шару, тем больше со-
2.4
Р и с. 11. Силовые
линии и поверхности
равного потенциала
вокруг положительно
заряженного шара.
вершенная нами работа. Вели-
чину, пропорциональную этой
работе, назвали потенциалом.
Очевидно, на одинаковых рас-
стояниях от шара потенциал
одинаков.
На рисунке замкнутые ли-
нии соединяют точки, в кото-
рых потенциал одинаков. На
плоском чертеже это — окруж-
ности, а в пространстве — сфе-
ры. Поверхности; для которых
потенциал одинаков, называют
поверхностями уровня потен-
циала. Силовые линии и по-
верхность уровня дают представление о поле.
Разумеется, и силовые линии и поверхности
уровня в действительности не существуют. Это толь-
ко воображаемые линии и воображаемые поверхно-
сти, которые нам нужны для изображения сил, дей-
ствующих в электрическом поле так же, как мери-
дианы и параллели на земном глобусе нужны для
указания местоположения и в действительности
тоже не существуют.
Силовая линия показывает направление, в кото-
ром начнет двигаться положительный заряд, поме-
щенный в данную точку поля. Отрицательный за-
ряд движется в противоположном направлении.
Поверхности уровня позволяют оценить величину
работы, которая совершается при перемещении оп-
ределенного положительного заряда из одной точки
поля в другую. Для перемещения зарядов по по-
верхности уровня не нужно усилий, не нужна затра-
та работы. Переместить положительный заряд с по-
верхности более низкого потенциала на поверхность
более высокого потенциала можно только посторон-
ней силой, производя работу против сил поля. Об-
Рис. 12 Силовые линии и поверхности уровня потенциала
в электрическом поле вокруг двух разноименно заряженных
шариков.
ратный переход на более низкий уровень потенциала
совершается силами самого поля, за счет энергии
этого поля. Поле двух разноименных зарядов изоб-
ражено на рисунке 12 — оно значительно сложнее,
чем поле одиночного заряда, силовые линии его
искривлены,
Эб
Единица заряда
Постоянно наблюдая взаимодействие зарядов —
их притяжение и отталкивание, ученые пришли к
мысли, что сила притяжения или отталкивания мо-
жет быть измерена. Ломоносов еще в 1756 году
указывал, что «электрическая сила с помощью ве-
сов определена быть может».
Сила, с которой притягиваются или отталки-
ваются два электрических заряда, была «взвешена»
французским ученым Шарлем Кулоном в 1785 году.
Кулон изобрел весьма точный и чувствительный
измерительный прибор, построенный по образцу
крутильных весов.
Для изготовления этого прибора Кулон восполь-
аовался круглой стеклянной банкой. Снаружи на
банку он наклеил шкалу в виде узкой ленточки с
нанесенными на нее градусными делениями,
а внутри банки поместил легкую стрелочку, подве-
шенную на длинной шелковой нити. На тупом кон-
це стрелки Кулон укрепил легкий шарик.
С помощью головки в верхней части прибора
можно было поворачивать шелковую нить, а вместе
с ней и стрелку с шариком (рис. 13).
Другой точно такой же шарик Кулон прикрепил
к стеклянному стерженьку величиной с карандаш.
Сквозь отверстие в крышке стерженек можно было
опускать в банку и доставать его, когда он не был
нужен.
Начиная измерение, Кулон установил стрелку
так, чтобы подвешенный шарик слегка касался ша-
рика на стерженьке, затем он сообщил этому ша-
ржу электрический заряд.
27
Р и ст 13. Прибор Кулона.
Оба шарика, сопри-
коснувшись, поделили
заряд поровну и, при-
обретя, таким образом,
одноименные заряды,
начали отталкиваться.
Стрелочка же, преодо-
левая упругое сопро-
тивление шелковой ни-
ти, повернулась.
Кулон измерил, на
сколько градусов она
повернулась в результа-
те взаимодействия за-
рядов. Затем он вынул
из банки стерженек.
При этом стрелка при-
бора, разумеется, вер-
нулась на прежнее
место.
Коснувшись заземленного предмета шариком
стерженька, Кулон нейтрализовал его заряд. Шарик
лишился заряда, «опустел». Ученый вставил стерже-
нек с «опустевшим» шариком обратно в прибор.
Шарики опять соприкоснулись. Так как на под^
вешенном шарике заряд оставался,.то при соприкос’
новении шарики опять поделились зарядами. Но
величина этих зарядов, очевидно, была уже вдвое
меньше прежней.
Одноименные заряды оттолкнулись друг от
друга. Стрелка опять отошла в сторону, но уже
меньше, чем в первый раз, а Кулон записал, на
сколько градусов она отошла.
28
Проделав этот опыт несколько раз, Кулон убе-
дился, что сила, с какой отталкиваются два рав-
ных заряда, в точности пропорциональна произве-
дению этих зарядов,— если каждый из зарядов
уменьшается вдвое, то, следовательно, их произве-
дение уменьшается в четыре раза, и сила, с какой
они отталкиваются, ослабевает тоже в четыре раза.
В своих дальнейших опытах Кулон измерил, с
какой силой отталкиваются два заряда, если изме-
няется расстояние между ними. Оказалось, что
когда расстояние между шариками увеличивается
вдвое, сила отталкивания ослабевает вчетверо.
Если расстояние возрастало втрое,— сила отталкива-
ния уменьшалась в девять раз.
Так было установлено, что сила взаимодействия
двух зарядов пропорциональна произведению вели-
чин этих зарядов и обратно пропорциональна квад-
рату расстояния между ними. Эта зависимость полу-
чила название закона Кулона.
С помощью крутильных весов можно опреде-
лить не только силу отталкивания двух одноимен-
ных зарядов, но и величину самих зарядов. Для
этого необходимо выбрать единицу заряда.
Ученые условились принять за единицу количе-
ства электричества заряд шарика, который оттал-
кивает другой• точно такой же заряд с силой
в 1 дину 1 при расстоянии между шариками в 1 сан-
тиметр и при условии, что они разделены сильно
разреженным пространством — находятся в ва-
кууме.
1 Дина — единица силы, принятая в физике Прибли-
зительно равна весу 1 миллиграмма
29
Для практических целей эта мера оказалась
слишком маленькой, и в употребление вошла дру-
гая, более крупная мера — кулон.
Кулон больше первоначальной единицы ровно
в три миллиарда раз.
Электричество может течь
Рис. 14. Лейденская
банка.
Уже на заре изучения электрических явлений уче-
ные убедились, что электрические заряды могут не
только накапливаться, но и перетекать с одного пред-
мета на другой по проводнику.
Герике, привязав к серному
шару хлопчатобумажную нит-
ку с шариком из слоновой ко-
сти на конце, заметил, что за-
ряд серного шара распростра-
нился по нитке и наэлектризо-
вал костяной шарик, который
тоже стал притягивать легкие
предметы.
Другие исследователи на-
учились передавать заряд по
изолированным бечевкам и
шнуркам на большие расстоя-
ния. При этом выяснилось, что
лучше всего заряды движутся по изолированным
металлическим проволокам.
Именно металлы, которые Джильберт называл
«неэлектрическими материалами», оказались хоро-
шими проводниками электричества, а почти все
30
остальные твердые вещества — плохими проводйй-
ками. Изоляторы, по которым заряды совсем не
передвигались, стали называть диэлектриками.
Копилка зарядов
В середине XVIII века было сделано важное
изобретение. Придумали прибор, получивший назва-
ние лейденской банки, ее изготовили из обыкновен-
ной стеклянной банки. Снаружи банку обернули ли-
стом тонкого металла, который охватил ее наподо-
бие подстаканника; внутри также поместили метал-
лическую обкладку. Внутреннюю обкладку соеди-
нили с металлическим стержнем, увенчанным шари-
ком и пропущенным сквозь крышку банки (рис. 14).
Чтобы зарядить лейденскую банку, шарик со-
единяют с каким-либо источником электричества, а
внешнюю обкладку заземляют — для этого доста-
точно держать банку в руке. Внутренняя обкладка
приобретает электрический заряд, а заряды во внеш-
ней обкладке разделяются, положительные сдви-
гаются в одну сторону, а отрицательные — в другую.
Заряды, оказавшиеся на наружной поверхности
внешней обкладки, уходят в землю, и тогда каждая
из обкладок приобретает заряды разных знаков.
Заряды, разделенные стенкой банки, как пере-
городкой, взаимно притягиваясь, удерживают друг
друга. Благодаря этому лейденская банка способна
накапливать и сохранять исключительно большие
заряды — гораздо больше, чем могла бы накопить
каждая из ее обкладок, взятая порознь.
Чтобы обнаружить заряд банки, достаточно со-
единить металлическим проводником наружную
31
Рис. 15. Первоначально в лейден-
ской банке внутренней обкладки не
делали, а наливали в банку воду.
обкладку с шари-
ком. Электриче-
ский разряд проис-
ходит в виде иск-
ры, с треском про-
скакивающей ме-
жду концом про-
водника и шари-
ком.
Если разрядить
банку собственны-
ми руками, то че-
ловек почувствует
болезненный удар.
Двести лет назад
один из физиков соорудил большую лейденскую
банку и дал испробовать ее действие своей любо-
знательной жене. Разряд лейденской банки был так
силен, что женщина заболела и слегла в постель.
Разряд большой банки или батареи, то есть
группы банок, у которых все внутренние обкладки
соединены между собой металлическим проводни-
ком, а все наружные—между собой другим про-
водником, может оказаться смертельным. Лейден-
ские банки следует разряжать не рукой, а металли-
ческим разрядником.
Позже ученые убедились, что копилку электри-
ческих разрядов не обязательно делать в виде бан-
ки. Ее может заменить тонкая стеклянная пластин-
ка, обложенная с двух сторон металлическими ли-
сточками: фольги или станиоля. Можно также
укладывать куски стекла стопкой, прослаивая их
станиолем. Все четные и все нечетные металличе-
32
ские прослойки следует порознь соединить между
собой.
Вместо стекла годится любой другой изоля-
тор-диэлектрик: слюда, парафинированная бума-
га, наконец, воздух (рис. 15).
Такие приборы получили название: конденсаторы,
то есть «уплотнители».
При разряде лейденской банки весь заряд одной
обкладки переходит на другую и нейтрализует на-
копленный на ней противоположный заряд. По про-
воду, соединяющему обкладки, хотя бы он и был
сделан из длинной проволоки, перетекает весь элек-
трический заряд. Такое передвижение заряда полу-
чило название — электрический ток.
Так постепенно, шаг за шагом, на протяжении
почти трехсот лет люди изучали электрические
явления.
Многие исследователи ошибались и выдвигали
необоснованные, не подкрепленные опытом догадки.
Другие ученые увязали в разнообразных бесчислен-
ных опытах, никак не осмысливая свою работу, и
их исследования напоминали бесцельное блужда-
ние в лесной чаще.
Но все же ценой огромных усилий, в постоян-
ной борьбе с заблуждениями и ошибочными гипо-
тезами, постепенно развивалась наука об электри-
честве.
Мнение древних философов и ученых о не-
значительности электрических явлений преврати-
лось в свою противоположность — наука устанав-
3 М. Ивановский
33
ливала, что мир электрических явлений безгранично
обширен.
Не в шутку, а совершенно серьезно один ученый
как-то воскликнул: «Скажите мне, что такое элект-
ричество, и я объясню вам все остальное».
В представлении этого ученого происходящие в
природе электрические явления приобрели важное,
всеобъемлющее значение.
ГЛАВА ВТОРАЯ
УЧЕНЫЕ ДОГАДЫВАЮТСЯ О СУЩЕСТВОВАНИИ
ЭЛЕКТРОНА
Творец подлинной науки
Уроженец Севера, Ломоносов еще ребенком лю-
бовался красивым и величественным явлением при-
роды — полярными сияниями. Он видел, как ясной
зимней ночью высоко над землей появляется лента,
сотканная из нежных, мерцающих лучей зеленова-
того света и похожая на край бархатного занавеса,
спустившегося из заоблачной выси.
Занавес непрерывно колышется, как бы под ду-
новением неощутимого ветерка. По его лучистой
бахроме пробегают волны, и сияние колеблется,
словно дышит, то разгораясь, то притухая.
Иногда вместо зеленоватой ленты над полюсом
встают столбы света желтоватого, розового или
фиолетового оттенков. Они подымаются ввысь, не-
ожиданно разворачиваются веером, превращаются
з*
35
Рис. 16. Ясной зимней ночью высоко над землей появляется
лента, как бы сотканная из нежных мерцающих лучей.
в лучистую корону или сказочную арку, сверкаю-
щую над снежной равниной.
Спустя некоторое время сияние расплывается,
тускнеет, и на его месте остается бесформенное
светящееся облако, которое, постепенно слабея, ис-
чезает, растворяясь во тьме полярной ночи.
Северные сияния видны не только на крайнем
Севере, ими случается любоваться и в Ленинграде,
в Москве и даже в более южных городах.
В 1743 году в Петербурге наблюдали особенно
большое и яркое полярное сияние, и тогда М. В. Ло-
моносов написал торжественное стихотворение:
Но где ж, натура, твой закон?
С полночных стран встает заря!
36
Не «олнце ль ставит там свой трон?
Не льдисты ль мечут огнь моря?
Что зыблет ясный ночью луч?
Что тонкий пламень в твердь разит?
Как молния без грозных туч
Стремится от земли в зенит?
В этом стихотворении Ломоносов впервые выра-
зил мысль, что полярные сияния — сродни молнии.
Они, следовательно, электрические явления,— в
электрической природе молнии Ломоносов нисколь-
ко не сомневался.
На мысль об электрической сущности полярных
сияний Ломоносова наводил общеизвестный в те
времена опыт «с трясением барометра».
Ртутные барометры делали тогда из стеклянных
трубок, запаянных с одного конца. Такую трубку
наполняли ртутью и затем переворачивали откры-
тым концом в чашку с ртутью. Часть ртути выли-
валась в чашку, а часть, удерживаемая атмосфер-
ным давлением, оставалась в трубке. При этом в
верхнем запаянном конце трубки над ртутью созда-
валась полость, содержащая сильно разреженный
воздух и пары ртути.
Когда такой барометр сильно встряхивали, то в
полости над ртутью возникало зеленоватое свече-
ние. Некоторые ученые думали, что свечение баро-
метра родственно свечению фосфора, но опыты не
подтвердили этого предположения.
У Ломоносова имелась электрическая машина
наподобие той, что была у Герике, но только вме-
сто серного шара в ней вращался пустотелый стек-
лянный шар, из которого был выкачан воздух.
37
Когда шар вращали, одновременно натирая его
ладонями, то внутри шара появлялось довольно
яркое свечение, которое «в темноте изрядную пала-
ту освещать могло». Это свечение несомненно вы-
зывалось электризацией шара. Когда на поверхно-
сти шара накапливались и искрили электрические
заряды,— внутри его струился зеленоватый свет,
такой же, как и в ртутном барометре.
И Ломоносов пришел к гениальному выводу:
«Свет в трубках без воздуха электрический!».
Свечение разреженного воздуха в приборах было
чрезвычайно похоже на игру полярных сияний, воз-
никающих в самых верхних, разреженных слоях
земной атмосферы. Высоту полярных сияний Ломо-
носов определил почти безошибочно—в 400 километ-
ров, а на такой высоте воздух действительно сильно
разрежен. Поэтому причину полярных сияний Ломо-
носов видел в электрических разрядах, образую-
щихся вследствие трения водяных паров и частичек
воздуха в восходящих потоках атмосферы.
Ломоносов был прав, считая, что природа по-
лярных сияний электрическая. Однако причина све-
чения — другая. Теперь известно, что Солнце вы-
брасывает в пространство потоки заряженных ча-
стиц. Они-то и вызывают свечение газов в верхних
слоях атмосферы.
Героическая смерть Рихмана
Об электрической природе молнии некоторые
ученые догадывались еще до Ломоносова. В 1698 го-
ду некто Уолл, раздобыв большой кусок янтаря,
стал натирать его и получил искру в дюйм длиной.
S3
При этом «раздался такой звук, точно в печке лоп-
нул кусок угля».
То было подобие молнии и грома, воспроизве-
денных в маленьком, комнатном масштабе. Сход-
ство имелось несомненное, но сходство — не дока-
зательство. Чтобы убедиться в действительном род-
стве между электрической искрой и молнией над-
лежало «поймать» настоящую молнию и установить
ее электрическую природу.
Это осуществили летом 1752 года М. В. Ломо-
носов и Г. В. Рихман.
Рихман взял железный прут длиной в 180 сан-
тиметров, продел его сквозь бутылку с отверстием
в донышке и укрепил на крыше своего дома. Уче-
ный привязал к пруту железную проволоку и, тща-
тельно изолировав ее от стен дома, провел в ком-
нату. С конца проволоки свешивалась линейка с
льняной или шелковой нитью, служившей для изме-
рения величины электрических зарядов. Когда
в проволоке появлялись электрические заряды, нить
отходила от линейки и «гонялась за пальцем».
Свой прибор ученые назвали «громовой маши-
ной». Она служила для многочисленных наблюде-
ний силы и характера электрических разрядов в
атмосфере. Такую же «громовую машину» устано-
вили и в доме Ломоносова. Оба ученых самоотвер-
женно работали, не считаясь с опасностью для
жизни (рис. 17).
26 июля 1753 года, во время заседания в Ака-
демии наук, Рихман заметил, что приближается
гроза, и поспешил домой. Он хотел в этот день по-
казать гравировальному мастеру Соколову . элек-
39
грические явления и
действие «громовой
машины», чтобы Со-
колов смог выграви-
ровать рисунки для
печати.
Рихман и Соко-
лов прошли в ком-
нату, где находился
прибор. Рихман по-
глядел в окно и ска-
зал, что гроза еще
далеко и опасности
нет никакой. Он сто-
ял возле самого при-
бора и смотрел на
электрометр.
В этот миг Соко-
лов увидел, что от
«громовой машины»
о тд ел и л с я б ле дн оси -
неватый огненный
Р и с. 17. Электрическая стрела
Ломоносова
клубок, величиною с кулак, и коснулся лба Рих-
мана. Академик, не издав ни единого звука, упал
навзничь. «В самый тот момент последовал такой
удар, будто бы из малой пушки выпалено было»,—
рассказывал потом Соколов. Сам он отделался лишь
испугом, легкими ушибами да изорванным кафта-
ном.
Слуга Рихмана тотчас побежал к Ломоносову
сообщить, что «господина профессора громом за-
шибло». Ломоносов поспешил на квартиру Рих-
мана, но вернуть жизнь другу не удалось...
40
Ломоносов писал о происшедшем: «Мы стара-
лись движение крови в нем возобновить, за тем, что
он был еще тепл; однако голова его повреждена и
больше нет надежды. И так он плачевным опытом
уверил, что електрическую громовую силу отвра-
тить можно, однако на шест с железом, который
должен стоять на пустом месте, в которое бы гром
бил сколько хочешь. Между тем, умер господин
Рихман прекрасной смертью, исполняя по своей
профессии должность. Память его никогда не
умолкнет».
Движение мельчайших частичек
Трагическая гибель друга не остановила
М. В. Ломоносова. Он продолжал опыты.
Ломоносов не был путником, блуждающим в
лесу фактов, он не искал ощупью тропинку к науч-
ной истине, а шел напрямик к ней, как бы прору-
бая широкую просеку. Он всегда шел к цели своим
путем, не преклоняясь перед иностранными автори-
тетами.
В апреле 1756 года Ломоносов начал писать
большую работу: «Теория електричества, разрабо-
танная математическим способом», но успел закон-
чить только две первые главы.
Ломоносов неопровержимо установил электри-
ческую природу молнии, а также доказал, что в
атмосфере, независимо от наличия грозовых туч,
всегда имеются электрические заряды. Ломоносову
принадлежит открытие электрической сущности по-
лярных сияний.
41
Ломоносов высказал смелое предположение, что
обычный свет костра, свечи или солнца — также
электрического происхождения. Эта гениальная до-
гадка М. В. Ломоносова подтвердилась только
много лет спустя.
Прекрасно понимая, что одному человеку не под
силу разрешить задачу о природе электрических
явлений, Ломоносов стремился привлечь к ее реше-
нию ученых всего мира. По его настоянию Петер-
бургская Академия наук объявила конкурс на луч-
шую научную работу о сущности электричества.
В 1753 году было объявлено:
«Санкт-Петербургская Академия наук всем на-
туры испытателям при обещании обыкновенного
награждения ста червонных на 1755 год к первому
числу июня месяца для решения предлагает, чтобы
сыскать подлинную електрической силы причину и
составить точную ее теорию».
Задача, которую Ломоносов намеревался разре-
шить в два года, потребовала почти полутораста
лет и труда нескольких сот ученых. Среди них пер-
вое, почетное место бесспорно принадлежало са-
мому Ломоносову. Он наметил правильный путь ре-
шения задачи, он первый указал на родство тепло-
вых и электрических явлений. В основе тех и дру-
гих лежит общая причина — движение мельчайших
частичек, из которых состоят все вещества. «Нель-
зя также отрицать движение там, где глаз его не
видит,— писал Ломоносов,— кто будет отрицать,
что движутся листья и ветви деревьев в лесу при
сильном ветре, хотя издали он не заметит ника-
кого движения. Как здесь из-за отдаленности, так
и в горячих телах вследствие малости частичек
42
движущегося вещества, движение скрывается от
взора».
Эта теория помогла Ломоносову создать пред-
ставление об электричестве более глубокое и более
правильное, чем у всех его предшественников и
многих ученых, живших после него.
«М. В. Ломоносову по необъятности его интере-
сов принадлежит одно из самых видных мест в
истории культуры всего человечества»,— писал ака-
демик С. И. Вавилов.
Батарея академика Петрова
Новая эпоха в науке об электричестве началась
в марте 1800 года, когда итальянский физик Алес-
сандро-Вольта изобрел прибор, позволявший полу-
чать непрерывный поток электрических зарядов.
Это давало громадные преимущества по сравнению
с прежними несовершенными способами добывания
электричества.
Новый прибор стал известен в науке под назва-
нием Вольтова столба (рис. 18).
Вольтов столб состоял из набора металлических
и суконных кружков. Кружки укладывались в таком
порядке: на серебряном кружке лежал цинковый,
затем — суконный кружок, смоченный водным рас-
твором нашатыря, на нем серебряный и цинковый
кружки и снова суконный. Серебро, цинк, сукно, се-
ребро, цинк, сукно... и наконец, серебро, цинк.
Первый и последний кружки в этом «первобытном»
Вольтовом столбе играли роль проводников и по
сути дела были совершенно лишними.
43
Рис. 18. Вольтов столб.
Электричестве в
Вольтовом столбе воз-
никает непрерывно в
результате химического
взаимодействия двух
различных металлов,
смоченных раствором
нашатыря.
Вольтов столб был
прообразом будущих
гальванических элемен-
тов, которые служили главным источником электри-
чества в первой половине XIX века.
После изобретения Вольтова столба в распоря-
жении ученых оказался источник, способный непре-
рывно поддерживать движение электрических заря-
дов в проводнике. Такое движение назвали посто-
янным электрическим током. Изобретение источника
тока открыло широкие возможности для новых
исследований электричества. Вольтовым столбом
спешили обзавестись физики, химики, медики и
просто любители науки.
В Петербурге опыты с Вольтовым столбом про-
водил профессор физики Медико-хирургической
Академии Василий Владимирович Петров. Это был
талантливый физик и искусный экспериментатор.
Петров заказал 100 цинковых и 100 медных
кружков диаметром по 10 дюймов. Каждый кру-
жок весил более фунта. Из них Петров составил
Вольтов столб, применив вместо суконных прокла-
док бумажные кружки, пропитанные водным рас-
твором нашатыря. Однако мощность прибора не
удовлетворила Петрова. Для опытов, которые он
44
Рис. 19. Батарея В. В. Петрова.
задумал, эта батарея была слабовата, и ученый за-
казал другую — «наипаче огромную батарею, со-
стоявшую иногда из 4200 медных и цинковых
кружков».
В этой батарее Петров не стал располагать
кружки столбиком. Столб из 4200 кружков полу-
чался, по расчетам Петрова, высотой в 40 футов,
то есть более 12 метров. Обращаться с таким стол-
бом было бы затруднительно, пришлось бы ломать
потолки в лаборатории, и батарея поднялась бы над
крышей здания, как фабричная труба. А главное,
ученый опасался, что под тяжестью столба влага
из прокладок в нижней части батареи будет вы-
давлена, и ожидаемого результата не получится.
Петров заказал ящики из красного дерева, раз-
гороженные на восемь отделений. Внутренние стен-
ки ящика й все перегородки он облил расплавлен-
ным сургучом. Когда сургуч застыл, получилась
45
твердая, совершенно водонепроницаемая корка,
служившая прекрасной изоляцией.
В каждое отделение Петров уложил по 525 мед-
ных и цинковых кружков.
Все секции своей батареи Петров соединил изо-
лированными проводами, употребляя для изоляции
шелк, сургуч, воск, лаки. Это было крупной техни-
ческой новинкой. Но никто из ученых не понимал
тогда, как важно тщательно изолировать проводни-
ки. Петров доказал, что только надежно изолиро-
ванная батарея способна дать наиболее сильный ток.
В одном из своих опытов он положил на стек-
лянную скамеечку два куска угля, проводящего
электрический ток; затем двумя металлическими
стерженьками (на стеклянных ручках), соединен-
ными с полюсами батареи, он сблизил угольки на
расстояние примерно в 1—3 линии (линия — 2,54 мил-
лиметра). Между угольками появился «весьма
яркий белого цвета свет или пламя, от которого
оные угли скорее или длительнее загораются и от
которого темный покой довольно ясно освещен быть
может».
Это было великое открытие! Петров создал
электрическую дугу,— открыл один из видов элек-
трического разряда — дуговой разряд.
И техника сварки металлов, и металлургия, и
осветительная техника теперь широко применяют
дугу Петрова.
Впервые в мире Петров исследовал электропро-
водность различных материалов и установил, что
уголь может по-разному пропускать электрический
ток: одни сорта угля проводят ток лучше, другие —
хуже.
46
Продолжая свои опыты с электрической дугой,
Петров вносил в ее пламя листочки олова, серебра,
золота, меди, цинка, и они сгорали, окрашивая пла-
мя в особые, свойственные им цвета.
Петров разложил электрическим током воду на
водород и кислород, то есть положил начало еще
одному важному применению электрической энер-
гии, которое впоследствии получило название
электролиза.
Все эти опыты Петрова служили звеньями его
основной работы. Он изучал, какое действие оказы-
вает электрический ток на материалы, сквозь кото-
рые он проходит. С этой целью ученый испытывал
сначала твердые тела и различные жидкости, а за-
тем перешел к газам.
Ток проходит через газ
На медную тарелку воздушного насоса Петров
поставил серебряный стакан, перевернутый вверх
дном. Этот стакан он накрыл хрустальным колпа-
ком, имевшим высоту 21,6 сантиметра и ширину
13 сантиметров.
В верхней части колпака было оставлено неболь-
шое отверстие, плотно закрытое медной оправой.
Через оправу в особом сальнике, набитом кожаными
кольцами, проходил медный прут. Кожаные кольца
сальника мешали наружному воздуху проникать
внутрь колпака, но позволяли поворачивать, подни-
мать или опускать медный прут. Нижний конец пру-
та, спускавшийся до цна серебряного стакана, в за-
висимости от характера опыта оканчивался либо
47
Рис. 20. Прибор Петрова
для исследования действия
тока на разреженный газ.
шариком, либо стальной
иголкой. Серебряный ста-
кан понадобился Петрову
только потому, что мед-
ный прут оказался корот-
коват (рис. 20).
Один провод своей ба-
тареи Петров присоединил
к металлической тарелке
насоса, а второй — к верх-
нему концу медного пру-
та. Затем Петров привел
в действие воздушный на-
сос. Когда воздуха под
колпаком осталось совсем
мало, между иголкой и
дном стакана возникло
яркое свечение белого цве-
та, а иголка разогрелась до красного каления.
Петров заменил иглу шариком и наблюдал, что
при большом разрежении воздуха в колпаке, возле
шарика появилось свечение белого цвета, но у дна
стакана оно было фиолетовое, а между ними —
розово-красное.
Наибольшее разрежение, которого мог добиться
Петров с помощью своего воздушного насоса, раз-
нялось 1,5 миллиметрам ртутного столба, то есть
7боо доле нормального атмосферного давления.
Большего разрежения насос тогда дать не мог.
Петров был первым ученым, пропустившим
электрический ток через разреженный газ. Этим он
положил начало исследованию явлений, которые
впоследствии раскрыли перед наукой и техникой не-
48
виданно широкие перспективы. Петров был пионе-
ром той обширной области электротехники, которая
стала называться электроникой и развернулась
в полном блеске только в самые последние десяти-
летия.
По стопам великого Ломоносова
В годы, когда В. В. Петров начинал свои исто-
рические опыты, в переплетную мастерскую лондон-
ского книготорговца Жоржа Рибо поступил учени-
ком двенадцатилетний мальчик Михаил Фарадей.
Заработков его отца — кузнеца не хватало на
жизнь. Семья была большая. Мальчику пришлось
оставить начальную школу и пойти работать.
Разлуку со школой Михаил Фарадей переживал
очень тяжело. Он всячески старался пополнить свое
образование, читал книги, которые приносили пе-
реплетать.
По вечерам, а также в воскресные дни, буду-
щий ученый посещал публичные лекции по физике.
Однажды ему удалось попасть на лекцию одного
из крупнейших английских ученых того времени —
Гемфри Дэви. Эта лекция произвела на Фарадея
очень сильное впечатление.
Чтобы углубить свои знания по физике и химии,
молодой переплетчик поступил слугой в лаборато-
рию Дэви; там он мыл посуду, подметал пол и заме-
нял Дэви в тех опытах, которые грозили взрывом.
Спустя некоторое время Фарадей начал сам
производить опыты. В 1816 году он опубликовал
свою первую научную работу.
4 М. Ивановский
49
В 1824 году Гемфри Дэви — президент Королев-
ского общества (английская Академия наук) с воз-
мущением узнал, что его бывший слуга выдвинут
кандидатом в академики. Дэви потребовал, чтобы
Фарадей снял свою кандидатуру. Фарадей отка-
зался, и его единодушно избрали в члены Королев-
ского общества при одном только голосе против.
Этот единственный голос «против» принадлежал по
всей вероятности Дэви.
В своей научной деятельности Фарадей разви-
вал и углублял идеи, высказанные гениальным рус-
ским ученым — М. В. Ломоносовым.
Одной из самых любимых книг Фарадея, ока-
завшей большое влияние на его творчество, была
книга русского академика Леонарда Эйлера: «Пись-
ма к немецкой принцессе». История этой книги
такова.
В пятидесятых годах XVIII столетия Эйлер жил
за границей. Между ним и Ломоносовым завяза-
лась дружеская переписка. Взгляды Ломоносова и
Эйлера во многом совпадали. Эйлер горячо поддер-
живал Ломоносова во всех его научных начинаниях.
В 1766 году Эйлер вернулся в Петербург и вскоре
подготовил к печати книгу, высказав в ней те
взгляды на природу, которые возникли у него в ре-
зультате переписки с Ломоносовым и своих собст-
венных исследований. Эта книга называлась «Пись-
ма о разных физических и философических мате-
риях, писанные к некоторой немецкой принцессе».
Читала ли какая-нибудь принцесса «Письма»
Эйлера, поняла ли она в них что-нибудь — неиз-
вестно. Но Фарадей их не только читал, но и вни-
мательно изучал.
50
Эйлер, разделяя материалистические взгляды
Ломоносова, предлагал решительно изгнать из на-
уки всякие вздорные представления об «электриче-
ских жидкостях», «флюидах» и «теплородах».
Как и Ломоносов, Эйлер был убежден, что все
тела, все вещества состоят из мельчайших «нечув-
ствительных» частичек — корпускул или атомов.
Следуя Ломоносову, он пришел к мысли о един-
стве явлений: механической силы, теплоты, света
электричества, магнетизма.
Фарадей также был убежден в единстве маг-
нитных и электрических явлений и решил доказать
это на опыте.
Единство магнитных и электрических явлений
Еще задолго до Фарадея было известно, что
молния может намагничивать и размагничивать
стальные предметы. Например, в июле 1681 года
молния ударила в корабль. Кроме обычных повре-
ждений, причиненных ею, было замечено, что все три
корабельных компаса испортились: два — размаг-
нитились, у третьего северный конец стрелки стал
показывать юг.
Однажды молния ударила в лавку торговца ме-
таллическими изделиями и разбила ящик, в кото-
ром лежали ножи и вилки. Некоторые ножи и вил-
ки оплавились, другие оказались намагниченными.
Следовательно, электрический разряд способен
придавать стали магнитные свойства и отнимать их.
Несколько важных наблюдений сделали ученые,
искавшие связь между магнитными и электриче-
4*	51
скими явлениями. Один из них — датский физик
Эрстед заметил, что электрический ток влияет на
магнитную стрелку. Эрстед натянул провод от ба-
тареи в направлении с севера на юг. Под проводом
он положил компас и пропустил по проводу ток.
Стрелка компаса немедленно отклонилась в сто-
рону.
Эрстед записал свое наблюдение: «гальваниче-
ское электричество, идущее с севера на юг над
свободно подвешенной магнитной иглой, отклоняет
ее северный конец к востоку, а, проходя в том же
направлении под иглой, отклоняет ее к западу».
Известие об этом открытии Эрстед опубликовал
21 июля 1820 года.
Два месяца спу-
стя — 25 сентября
1820 года — француз-
ский ученый Араго на-
мотал на стеклянную
трубочку несколько
витков проволоки и по-
ложил в трубочку
стальную иглу.
Когда по проволоке
пропустили сильный
электрический ток, игла
намагнитилась.
Одновременно с
Араго другой француз-
ский ученый — Ампер
показал, что электриче-
ский ток, текущий по проводам, обладает магнит-
ными свойствами. Он изобрел особый прибор, устрэп-
52
ство которого показано на рис. 21: два прочных
проводника разной длины изогнуты в виде буквы Г
и укреплены вертикально. В верхней части этих
Г-образных стоек сделаны чашечки. Обе стойки укре-
плены в приборе так, чтобы чашечки находились
одна над другой.
В чашечки Ампер налил ртуть и опустил в них
иголки, служившие опорой для проволочной четы-
рехугольной рамки. Ртуть обеспечивала надежный
контакт, а на иголках рамка могла вращаться
очень легко, почти без всякого трения.
Перед опытом рамка была повернута так, чтобы
один ее край находился против стойки, соединенной
с плюсом батареи. Как только Ампер включил ток,
рамка тотчас повернулась. Ее край отодвинулся от
стойки, присоединенной к плюсу батареи, и прибли-
зился к стойке, соединенной с минусом батареи.
Сколько Ампер ни поворачивал рамку, она неиз-
менно и упорно возвращалась к стойке, соединен-
ной с минусом батареи.
Ампер установил, что электрический ток обла-
дает магнитными свойствами: рамка, по которой
течет ток, становится как бы магнитом. Токи, теку-
щие в одном направлении, взаимно притягиваются,
а токи, текущие в противоположных направлениях,
отталкиваются.
Эрстед, Араго и Ампер неопровержимо доказали
существование связи между магнитными и элект-
рическими явлениями.
Фарадей же был убежден в большем. Он считал,
что электричество и магнетизм,— как орел и решка
нэ монете,— две стороны одного и того же явле-
53
ния. А чтобы доказать это — требовалось «превра-
тить электричество в магнетизм и магнетизм в
электричество». Так и было^ записано в 1821 году в
дневнике Фарадея.
Через неудачи к победе
Вот как Фарадей выполнил свою задачу. Он на-
мотал на деревянный барабан кусок медной прово-
локи длиной около 8 метров; чтобы витки не сопри-
касались между собой, Фарадей изолировал их тон-
ким шнурком, который он наматывал вместе с про-
волокой (изолированных проводников тогда делать
не умели).
Первый слой своей катушки ученый обернул
коленкоровой лентой и поверх нее стал наматывать
второй слой. Надежно изолировав второй слой, Фа-
радей намотал третий. Так была изготовлена про-
волочная катушка из 12 слоев, изолированных один
от другого.
Первый, третий, пятый...— все нечетные слои
Фарадей соединил последовательно, и они состави-
ли одну общую катушку. Точно так же были соеди-
нены вторая, четвертая, шестая — все четные слои
обмотки. В результате у Фарадея получились как
бы две катушки, намотанные одна внутри другой
и надежно изолированные друг от друга. Концы
проводов от одной катушки были присоединены к
чувствительному гальванометру, а концы другой
катушки — к батарее.
Из опытов Ампера Фарадей знал, что наиболь-
шим магнитным действием обладает проводник,
И
свернутый спи-
ралью или намо-
танный катушкой.
Поэтому он пред-
полагал, что ток,
пройдя по одной
Р и с. 22. Прибор для повторения опы-
та Фарадея. В момент включения или
выключения рубильника во внешней
катушке проходит кратковременный
ток.
катушке, окажет
свое действие на
другую, причем
настолько сильное,
что в ней возник-
нет ток, который
отклонит стрелку гальванометра.
Присоединив катушку к батарее, Фарадей по-
смотрел на стрелку гальванометра, она стояла
на нуле.
Ток шел по одной катушке и на другую катуш-
ку никакого влияния не оказывал (рис.. 22).
Фарадей повторял опыт несколько раз, менял
концы проводов у гальванометра и батарей. Все
было безрезультатно.
Ожидания Фарадея не оправдались.
Ученого, который слепо преклоняется перед опы-
том, эта неудача заставила бы бросить начатую
работу. Опыт не удается — ничего не поделаешь!
Но Фарадей не принадлежал к таким ученым.
«Если опыт не удался,— рассуждал Фарадей,— зна-
чит я не сумел его поставить. Ток должен влиять!
Ток в одной катушке должен вызвать ответный ток
во второй катушке!»
Фарадей упрямо продолжал опыты, кропотливо
отыскивая причину неудач. Он продумывал каждую
мелочь, каждое свое движение. На опыты ушло не-
55
екельке лет настойчивого труда. Уже потеряв на-
дежду на успех, Фарадей случайно обратил внима-
ние на то, что он сначала присоединяет провода к
батарее, а потом смотрит на гальванометр!
Оплошность!
Фарадей прикрутил провод катушки к одному
полюсу батареи, поставил гальванометр так, чтобы
можно было одновременно и присоединить второй
провод и видеть стрелку гальванометра. Не сводя
глаз со стрелки, Фарадей коснулся проводом полю-
са батареи. В момент соприкосновения стрелка
гальванометра едва заметно вздрогнула.
Первый успех!
Фарадей коренным образом изменил свой при-
бор. Он намотал две медные изолированные спи-
рали не на деревянный цилиндр, а на кольцо, сва-
ренное из мягкого железа. Одна спираль охваты-
вала правую половину кольца, вторая — левую.
Между спиралями оставались небольшие проме-
жутки железа. Иначе говоря, он сделал два электро-
магнита, для которых железное кольцо служило
общим сердечником.
Концы проволок от одной спирали Фарадей
прикрепил к гальванометру, затем, внимательно
глядя на прибор, он подключил батарею ко второй
спирали. Стрелка гальванометра не только дрогну-
ла, она прыгнула, заметалась из стороны в сторо-
ну, далеко отлетая каждый раз от нуля. Стрелка
как бы повторяла движения концов проводника,
которые Фарадей держал в руках, и успокоилась
только тогда, когда ученый поплотнее скрутил про-
вода.
56
Это была долгожданная победа — плод беспри-
мерного терпения, настойчивости и глубокого убе-
ждения в правоте своей идеи.
После работ Ломоносова и Петрова открытие
Фарадея было крупнейшим успехом науки об
электричестве.
Единство магнитных и электрических явлений
стало очевидным.
Явление, открытое Фарадеем, получило название
электромагнитной индукции, то есть электромаг-
нитного наведения или влияния.
Магнитное поле электрического тока
Опыт с магнитом и железными опилками изве-
стен с давних пор: магнит прикрывают бумажкой,
а на бумагу насыпают железные опилки, и они, па-
дая на бумагу, ложатся не бесформенной грудой,
а собираются над полюсами магнита, составляя фи-
гуру, слегка напоминающую двух многоногих
пауков.
Опилки размещаются между полюсами и во-
круг них по каким-то дорожкам. Магнитные силы
заставляют частички металла сцепляться, уклады-
ваться вдоль магнитных «дорожек» цепочками, об-
разуя симметричные узоры, состоящие из отдельных,
правильно изогнутых линий (рис. 23).
Если передвигать магнит под бумажкой с места
на место, то и опилки будут перекатываться вслед
за ним и располагаться в прежнем порядке вдоль
дугообразных линий, окружающих полюсы магнита.
57
Эти дорожки-ли-
нии, по которым вы-
страиваются желез-
ные опилки, указы-
вают направления,
по которым действует
магнитная сила.
Узор, составленный
из опилок, дает на-
глядное представле-
ние о расположении
Рис. 23. Магнит заставляет же- магнитных СИЛОВЫХ
лезные опилки располагаться вдоль ЛИНИЙ И доказывает,
магнитных силовых линий. что магнит окружен
магнитным полем,
подобно тому, как электрический заряд окру-
жен электрическим полем.
Магнитное поле представляет собой как бы про-
должение магнита, его невидимую, но совершенно
реальную материальную «оболочку». Если к север-
ному полюсу магнита приближать северный полюс
другого магнита, то сопротивление магнитных по-
лей становится ощутимым — они пружинят, оттал-
кивают, мешают соприкосновению одноименных
полюсов.
Фарадей обнаружил, что не только при-
родные магниты, но и каждый отрезок про-
вода, по которому движутся электрические за-
ряды, окружен со всех сторон кольцевыми си-
ловыми линиями магнитного поля. Ученый до-
казал, что электрический ток всегда порождает
магнитное поле вокруг проводника, по которому
течет.
58
В существовании тако-
го поля можно убедиться
на опыте: проколоть кусок
плотной бумаги иглой,
продеть сквозь прокол про-
вод и пропустить по нему
сильный электрический
ток (рис. 24). Если в это
время сыпать на бумагу
мелкие железные опилки,
то они улягутся вокруг
провода правильными кон-
центрическими кольцами.
Теперь становится по-
нятным опыт Эрстеда —
магнитная стрелка под
проводом, по которому
бежит ток, отклоняется
Рис. 24. Электрический
ток заставляет мелкие
железные опилки укла-
дываться возле проводни-
ка правильными кру-
гами.
в сторону, потому что на нее действует магнитное
поле электрического тока.
Магнитные свойства тока можно показать и бо-
лее эффектным способом. Если к свободно подве-
шенному проводнику, по которому течет постоянный
ток, поднести подковообразный магнит, проводник
будет либо- втягиваться в подкову, либо выталки-
ваться из нее, в зависимости от направления тока
и положения полюсов магнита (рис. 25).
Открытие магнитного поля вокруг тока навело
Фарадея на новую мысль.
Постоянный ток, текущий по проводу, хотя и окру-
жен магнитным полем, но никакого влияния на со-
седний провод не оказывает. Индуктивного- тока
в нем не образуется. Он возникает только тогда,
59
Р и с. 25. Подковообразный магнит
втягивает в промежуток между
полюсами проводник с током или
выталкивает его в зависимости от
положения полюсов магнита.
когда Юк включают
или выключают, то
есть когда магнитное
поле вокруг провод-
ника либо разраста-
ется, либо спадает.
Следовательно, ин-
дуктивный ток поро-
ждается только из-
меняющимся магнит-
ным полем.
При этом, когда
в первичную обмот-
ку включают ток, то
во вторичной обмот-
ке возникает «наве-
денный» индуктивный
ток, он всегда те-
чет навстречу току в
первичной обмотке:
При размыка-
нии — наоборот: во
вторичной обмотке
появляется индук-
тивный ток, текущий
в том же самом на-
правлении, что и в
первичной обмотке.
Фарадей доказал, что «наведенный», индуктив-
ный ток вторичной обмотки, в свою очередь, тоже
влияет на первичную обмотку, он тоже вызывает
69
е ней индуктивный ток. Подобное же явление на-
блюдается и в том случае, если для опыта возьмем
только одну катушку.
Как только присоединим ее к полюсам батареи,
по проводу катушки пойдет ток и в ней возникнет
магнитное поле, усиливающееся вместе с током.
Усиление . магнитного поля внутри катушки
должно было бы индуктировать в ней же самой
«встречный» ток, то есть противоположного напра-
вления. Однако по одному проводу ток одновре-
менно в двух противоположных направлениях течь
не может, и индукция будет лишь ослаблять вклю-
чаемый ток. Значит, при включении тока возникаю-
щее магнитное поле замедляет нарастание его.
Включенный ток достигает своей наибольшей силы
не сразу, а постепенно.
Такое явление — влияние изменений силы тока в
проводнике на самого себя — называется самоиндук-
цией. Самоиндукция имеет большое сходство с инер-
цией. Инерция препятствует мгновенному измене-
нию скорости тела, а самоиндукция замедляет вся-
кое изменение силы тока.
Особенно сильно проявляется самоиндукция у
катушек с железными сердечниками. Когда вклю-
чают большой электромагнит, ток в нем нарастает
очень медленно — в течение нескольких секунд, и
поэтому при включении в рубильнике проскакивает
совсем маленькая искра, а то и вовсе ее не бывает.
Зато когда выключают большой электромагнит, про-
скакивает сильная яркая искра, так как ток, под-
держиваемый самоиндукцией, продолжает идти да-
же через воздушный промежуток, образующийся
при разъединении контактов рубильника (рис. 26).
61
Рис. 26. Ток продол*
жает идти некоторое вре-
мя после размыкания ру-
бильника и образует яр-
кую искру.
Явление . самоиндукции
особенно заметно, когда про•
пускают переменный ток по
катушке с железным/сердеч-
ником. При переменном токе
движение зарядов происхо-
дит то в одну, то в другую
сторону. Ток последователь-
но сначала нарастает, потом
убывает, меняет направление
и нарастает в другом напра-
влении, вновь убывает, опять
меняет направление и т. д.
Он, а следовательно, и обра-
зуемое им магнитное поле
все время меняются, а ин-
дуктивное действие поля все
время мешает этим измене-
ниям. Оно ослабляет ток.
Если включить в цепь
лампочки накаливания, пи-
таемой переменным током,
катушку с железным сердечником, то она настолько
ослабит ток, что лампочка почти потухнет. Если же
сердечник вынуть, магнитное поле ослабеет, ин-
дуктивное действие его уменьшится, ток усилится и
лампочка загорится (рис. 27).
Движения магнита рождают ток
Исследуя явление электромагнитной индукции,
Фарадей решил воспользоваться для опытов самым
обыкновенным магнитом. Ведь и постоянный маг-
62
Р и с. 27. Железный стержень, вложенный в катушку, настоль-
ко увеличивает ее сопротивление переменному току, что лам-
почка гаснет.
нит окружен магнитными силовыми линиями. Если
постоянный магнит вдвигать внутрь проволочной
катушки так, чтобы магнитные силовые линии пере-
секали витки проволоки, то в ней должен возник-
нуть электрический ток!
Для проверки своего вывода Фарадей намотал
220 футов медной проволоки на картонный цилиндр.
Концы проводов от этой катушки он присоединил
к гальванометру.
Затем он взял стальной намагниченный стержень
и стал двигать его взад и вперед внутри своей ка-
тушки. Каждое движение магнита вызывало появле-
ние индуктивного- тока.
Фарадей вдвигал етержень, и стрелка гальвано-
метра отклонялась в одну сторону, а когда он вы-
двигал стержень,— стрелка отклонялась в другую
сторону. Через гальванометр шел ток, и это был
63
Р и с. 28. Картина опыта Фарадея: дви-
жение намагниченного стержня вызывает
образование электрического тока в про-
волочной катушке.
ток, рожденный не другим током, а движением
обыкновенного магнита. Цель, которую преследовал
Фарадей — «доказать неразрывную связь между
электрическими и магнитными явлениями», была
достигнута (рис. 28).
После открытия электромагнитной индукции
Фарадей продолжал свои исследования. В январе
64
1833 года он закончил новую работу и уci ановил
тождественность так называемого «обыкновен-
ного» электричества, возбуждаемого трением, и
«гальванического»,— возникающего в батарее
Открытие электромагнитной индукции произвело
переворот и в технике и в науке.
Начиная с 1600 по 1800 год — в течение
двух веков — ученые исследовали только электри-
ческие заряды, их образование, накапливание, взаи-
модействие между собой, а также действие электри-
ческих разрядов.
С 1800 по 1831 год, то есть до открытия элек-
тромагнитной индукции, ученые все свое внимание
обратили на новое явление — движение зарядов
по проводникам исследовали особенности прохо-
ждения тока в металлах и жидкостях.
С 1831 года начинается новая эпоха. Ученые
углубляются в изучение свойств полей — электриче-
ского и магнитного.
Теория Фарадея встречает возражения
Известие об открытии электромагнитной индук-
ции облетело все академии мира. Ученые на рав-
ные лады и каждый по-своему повторяли опыты
Фарадея. Некоторые замечали новые особенности
этого явления, ставившие их втупик. Возражения
против выводов Фарадея сыпались, как желуди
с дуба в ветреный день. У индуктивного тока обна-
руживали какие-то особые свойства, отличаю-
5 М. Ивановский
щие его будто бы от тока, поставляемого обычной
гальванической батареей. Было объявлено о
существовании нового, «индуктивного» электри-
чества.
Нашлись также «ученые», которые стали дока-
зывать, что электромагнитная индукция позволяет
осуществить вечное движение, и в подтверждение
ссылались на опыты Фарадея с катушкой и магни-
том, когда движение магнита внутри катушки вы-
зывало в проволочной обмотке индуктирован-
ный ток.
Фарадей объяснял смысл своего опыта так: си-
ловые линии магнитного поля, окружающего желез-
ный стержень, пересекают витки проволочной ка-
тушки и тем самым вызывают в ней ток.
Такое объяснение правильно, но оно не исчер-
пывает сути явления. Превратно толкуя результаты
опыта, некоторые физики вообразили, что ток в дан-
ном случае рождается магнитом. А так как магнит,
сколько его ни двигай взад и вперед, не портится,
не ослабевает, и его «сила» никак не расходуется,
то, очевидно, катушка с магнитом внутри является
настоящим вечным двигателем, способным рождать
электрическую энергию из ничего.
Основной и всеобщий ломоносовский закон: «из
ничего не может возникнуть что-то» был чужд и
непонятен большинству ученых того времени. Даже
позже, в 1851 году, немецкого ученого Юлия
Майера, который собрал неопровержимые доказа-
тельства в пользу закона сохранения энергии, по-
просту объявили умалишенным и поместили в сума-
сшедший дом.
6в
Фарадей не довел до конца объяснение откры-
того им явления. Этим-то и воспользовались неве-
жды, пытавшиеся воскресить порочную идею веч-
ного двигателя.
Решительное слово Ленца
В 1833 году исследованиями электромагнитной
индукции занялся молодой русский ученый
Э. X. Ленц. Он весьма глубоко разобрал все воз-
ражения, выдвинутые против Фарадея, и методично,
многочисленными опытами, показал, что все эти
возражения и опровержения основаны на ошибках
тех людей, которые повторяли опыты Фарадея.
Они либо не умели правильно поставить эти опыты,
либо совершенно произвольно их истолковывали.
Особо тщательно Ленц изучал взаимодействие
между магнитом и проволочной катушкой. Он уста-
новил, что приближение намагниченного стержня
к замкнутой 1 катушке вызывает в ней индуктивные
токи такого направления, что их магнитное поле
противодействует, сопротивляется движению стерж-
ня. Магнитное поле катушки выталкивает назад
магнитный стержень, и для того, чтобы вдвинуть его
в катушку, необходимо преодолеть это сопротивле-
ние, то есть совершить определенную работу против
сил магнитного поля индуктивного тока.
Индуктивный ток, возникая в катушке, не ро-
ждается из ничего. Для его образования прихо-
1 Индуктивный юк не может возникнуть в разомкнутой
катушке, около нее не образуется магнитного поля, и она
не мешает движению магнита.
5*
67
Дйтся затрачивать энергию, то есть работать. Зна-
чит, энергия не рождается, а лишь преобразуется:
механическая энергия превращается в электри-
Рис. 29. Изображен опыт Ленца: ток,
проходя по спирали, которая погру-
жена в воду, нагревает ее, а приборы
измеряют затраченную электроэнер-
гию, термометр показывает выделение
тепла.
ческую.
Если к прово-
лочной катушке
поднести желез-
ный стержень, а
затем пропустить
по катушке доста-
точно сильный ток,
то катушка втянет
в себя стержень,
то есть электри-
ческая энергия
перейдет в меха-
ническую — в дви-
жение стержня.
Ленц нашел
также закон пре-
образования элек-
трической энергии
в тепловую (рис,
29). Он ясно по-
казал, что и для
электрических явлений закон сохранения энергии
остается незыблемым. И впервые мир услыхал от
Ленца новое слово — электрическая энергия.
Энергия, затрачиваемая током на преодоление
сопротивления проводника, превращается в тепловую
энергию. Мы пользуемся ею для нагревания воды
в электрическом чайнике, для накаливания нитей
осветительных лампочек. В электромоторах электри-
6в
ческая анергия превращается в механическую рабо-
ту и т. д.
Безграничны области применения этого вида
энергии, впервые подробно изученной Ленцем.
Появляются новые термины
Закончив опыты с электромагнитной индукцией,
свою следующую работу Фарадей посвятил иссле-
дованию химического действия тока. Ученый стал
пропускать электрический ток через различные рас-
творы, наблюдая, как под действием тока разла-
гаются химические соединения.
Во время опытов Фарадей убедился, что ему
трудно составлять описание их, у него для этой
цели не хватает терминов. Чтобы описать какую-
нибудь пустяковую проволочку, опущенную в воду,
приходится сочинять длинную запутанную фразу.
Фарадей решил придумать новые простые и корот-
кие названия, составив их из древнегреческих слов.
Разложение растворенного вещества с помощью
электрического тока получило название: электро-
лиз — электрическое разложение. Жидкость, кото-
рую наливают в батарею или в сосуд для разложе-
ния ее на составные части, Фарадей назвал элек-
тролит.
Проволочки, пластинки, стержни, по которым ток
проникает в прибор или выходит из него, стали на-
зываться электродами.
Тот электрод, через который ток «входит» в ка-
кой-либо прибор, Фарадей назвал анод — что зна-
чит . восход (ано — вверх, рдос — путь; анодос —
69
путь вверх). Электрод, через который ток уходит из
прибора,— катод («иду вниз» — заход). Фарадей,
следуя установившейся традиции, тоже считал, что
ток идет от плюса к минусу.
Частицы вещества в электролите, которые пере-
носят электрические заряды, Фарадей назвал
ионами, что значит—странствующие. Ионы, дви-
гающиеся при электролизе к аноду, получили на-
звание анионов; ионы, движущиеся к катоду,— ка-
тионов (рис. 31).
Все эти термины сохранились в науке до на-
стоящего времени.
Химическое действие тока
Фарадей начал исследовать электролиз, повто-
ряя опыты своих предшественников. Он разлагал
электрическим током слегка подкисленную воду.
Частицы воды при этом распадались на водород и
кислород. Кислород собирался на аноде, водород —
на катоде.
Чтобы эти газы во время опыта не улетучи’ а-
лись, ученый надел на катод и на анод опрокинутые
пробирки, заполненные водой. Пузырьки газов, от-
рываясь от электродов, подымались вверх и, вытес-
няя воду, скапливались под донышками проби-
рок. Это несложное приспособление позволяло из-
мерять, сколько газов выделяется при электролизе
(рис. 30).
После первых опытов у Фарадея зародилось
предположение, что количество выделившихся га-
зов зависит только от того, сколько тока было
70
Рис. 30. Размер и форма электродов не влияют на количе-
ство газов, выделившихся при электролизе.
пропущено через электролит. Но прежде чем про-
верять свою догадку, Фарадей решил узнать, какое
значение имеют размеры электродов. Он взял че-
тыре одинаковые стеклянные банки и заполнил их
слабым раствором серной кислоты. В первую банку
Фарадей опустил самые большие пластинки, во вто-
рую— поменьше, в третью — еще меньше, а в чет-
вертую — тонкие короткие проволочки.
Все четыре банки Фарадей соединил проводами
последовательно. Ток из первой банки переходил
во вторую, из второй в третью, а из третьей — в чет-
вертую. При таком соединении через каждую из
банок проходит совершенно одинаковое количество
электричества.
71
Фарадей присоединил провода к батарее и стал
наблюдать. В пробирках побежали пузырьки газов.
Прошло десять минут,— водорода во всех бан-
ках выделилось поровну (то же можно было сказать
и о количестве кислорода); ученый подождал еще
5 минут,— равенство не нарушилось, и на 25-й ми-
нуте опыта количество водорода во всех банках
продолжало увеличиваться совершенно равномерно.
Размеры электродов влияния на количество разло-
жившегося вещества не оказывали.
За первым опытом последовали другие. Фара-
дей менял силу тока, концентрацию раствора кис-
лоты, расстояние между электродами, но количе-
ство водорода всегда неизменно оставалось пропор-
циональным количеству электричества, пропущен-
ного через электролит.
В последнем опыте Фарадей применил элек-
троды одинакового размера и формы, но изготов-
ленные из разных материалов. Катоды были плати-
новые, а аноды — один цинковый, другой — сереб-
ряный, третий — платиновый.
Банки, как и в первом опыте, были соединены
последовательно. В результате оказалось, что во-
дорода выделилось во всех банках поровну, а имен-
но: 1 грамм (11,2 литра) на каждые 96500 кулонов
электричества.1
Закон, найденный в опытах с водой, Фарадей
стал проверять на других веществах. Он разлагал то-
ком соединение хлора с медью. Пропустив 96500 ку-
лонов, получил на аноде 35,5 грамма (тоже
11,2 литра!) хлора, а на катоде 32 грамма меди.
1 Подсчет дан в современных мерах.
72
При разложении раствора медного купороса
96500 кулонов электричества тоже выделяли
32 грамма меди.
Эти числа остаются неизменными. Любое хими-
содержащее хлор, выделяет
Рис. 31. Движение заряженных
частичек — ионов — в электро-
лите.
ческое соединение,
35,5 грамма хлора на
96500 кулонов элек-
тричества. Любое ве-
щество, содержащее
медь, выделяет 32
грамма меди при том
же количестве элек-
тричества.
Числа, получен-
ные Фарадеем, сви-
детельствовали о не-
разрывно прочной
связи между количе-
ством пропущенного
через электролит
электричества и ко-
личеством выделив-
шегося вещества. Это был незыблемый закон.
Фарадей записал свои выводы примерно так:
1. Количество выделяющихся на электродах ве-
ществ прямо пропорционально количеству электри-
чества, пропущенного через электролит.
2. Вес порции каждого вещества, выделяющегося
при электролизе на каждые 96500 кулонов, неизме-
нен и зависит только от химических свойств этих
веществ, то есть водорода — выделяется 1 грамм,
кислорода — 8 граммов, меди — 32 грамма, сере-
бра— 108 граммов и так далее.
73
Переправа электрических путешественников
Как объяснить упрямое постоянство, проявляе-
мое химическими элементами при электролизе?
В чем кроется причина такого постоянства? Что пе-
реносит вещества с такой строгой точностью: ни
пылинки меньше и ни пылинки больше?
На эти вопросы Фарадей ответа дать не мог.
Но в чем же все-таки дело? Почему 96500 куло-
нов электричества всегда выделяют ровно 108 грам-
мов серебра и ни одной крупиночки больше?
Представим себе мысленно реку. На ее берегах
две пристани. К пристаням подходят шоссейные до-
роги. По шоссе спешат на пристань путешествен-
ники. Они подбегают к пристани, торопятся попасть
на другой берег, но, увы,— нет ни парома, ни па-
рохода. Имеются только одноместные рыбачьи
челноки.
Броситься вплавь? Но плавать наши путеше-
ственники не умеют. Переправиться можно лишь на
одноместных челноках.
Каждый путешественник садится в челнок, пере-
правляется на другой берег и спешит дальше; бро-
шенный им челнок остается возле пристани.
Сколько путников переправилось, столько же
осталось на берегу челноков.
Но, разумеется, все это будет обстоять так при
условии, что вес и рост всех путешественников и
размеры всех челноков одинаковы. Окажись среди
путников малыши, которые могли бы втиснуться
вдвоем в один челнок, или среди челноков — боль-
шие лодки, способные вместить несколько путни-
ков одновременно, строгое соответствие между
74
числом переправившихся путников и числом бро-
шенных челноков неминуемо нарушилось бы.
Теперь представим себе, что путешественники —
это электрические заряды, шоссе — провода, при-
стани — катод и анод, река — электролит, а чел-
ноки — частицы вещества.
«Челнок с пассажиром»—это заряженная частица
вещества, которая движется к катоду или аноду
в зависимости от знака заряда. Сколько переправи-
лось мельчайших зарядов, столько же выделилось
частиц вещества. Отсюда — строгое соответствие
количества вещества и электричества при электро-
лизе.
Электролиз показывал, что существуют наимень-
шие электрические зарядики и что эти зарядики все
одинаковы.
Подобное рассуждение невольно наводит на
мысль<— нельзя ли определить вместимость «ло-
дочки» и узнать, таким образом, величину элек-
трического зарядика?
О постановке такого опыта во времена Фарадея
не приходилось думать — тогда даже изолированная
проволока считалась редкостью, а постройка слож-
ных, точных приборов и подавно была невозможна.
Самое же главное,— идея о прерывистом, зернистом
строении электричества только начинала пробивать
себе дорогу в науке.
То, что каждое вещество состоит из одинаковых
мельчайших частичек, называемых атомами, устано-
вил гениальный Ломоносов. Химики, жившие после
Ломоносова, на многих примерах убедились, что все
вещества действительно состоят из атомов,
7$
Во времена Фарадея атомистическая теория
имела много приверженцев, но Фарадей к их числу
не принадлежал.
Из его наблюдений следовало, что электриче-
ство, как и вещество, состоит из мельчайших ча-
стичек — наименьших зарядиков или порций. Од-
нако сделать этот решающий вывод Фарадей не
смог.
В своих исследованиях индукции и самоиндук-
ции Фарадей поступал как ученый-материалист. Он
руководствовался передовой теорией, а она застав-
ляет каждого исследователя искать связь между
явлениями, устанавливать зависимости, вскрывать
причины, находить следствие. Передовая теория
привела Фарадея к важным открытиям.
А для истолкования опытов с электролизом Фа-
радей пренебрег передовой атомистической тео-
рией. И это сразу же обезоружило его. Он был
вынужден остановиться на полдороге. Фарадей не
смог сделать выводов из своих наблюдений и ука-
зать, что электролиз не только обнаруживает пре-
рывистое «атомное» строение электричества, но и
подтверждает мысль о прерывистом атомном строе-
нии вещества.
Только на склоне лет Фарадей признал атоми-
стическую теорию, и у него зародилось смутное
представление о связи между атомами и электри-
ческими явлениями.
В одном из своих последних сочинений Фарадей
писал: «Громадное количество фактов убеждает нас
в том, что между атомами веществ и электриче-
скими силами существует какая-то связь, и что
именно этим силам атомы обязаны самыми пора-
76
зительными свойствами и, между прочим, взаим-
ным химическим сродством».
Эту связь установили другие ученые значи-
тельно позже, много лет спустя после смерти
Фарадея.
Разница электрических уровней
Одновременно с Фарадеем жил и работал немец-
кий физик Георг Ом. Ом старался понять явление
электрического тока, сравнивал его с другими, хо-
рошо известными всем, явлениями природы.
«Почему река течет в море?» — спрашивал себя
этот ученый. Потому, что уровень воды в ее вер-
ховьях выше, чем уровень воды в море. Разница
уровней создает напор, и вода течет. А почему те-
чет ток по проводам? Очевидно, и здесь существует
разница уровней, создающая напор, заставляющая
электричество течь от высокого уровня к более
низкому. Если это так, то гальваническую батарею
можно уподобить насосу, который перекачивает
воду из одного сосуда в другой и создает разность
уровней. Нижние части сосудов соединены трубкой,
по которой вода течет из сосуда с более высоким
уровнем в сосуд с более низким уровнем, а насос,
своей работой постоянно поддерживая разность
уровней, заставляет воду непрерывно течь по трубке
(рис. 32).
Трубка, соединяющая сосуды с водой, может
быть различной и по форме, и по материалу, и по
устройству. Очевидно, что по тонкой трубке воде
труднее течь, чем пв толстой, по короткой — лучше,
77
чем по длинной; по
трубке с гладкими
стенками — свобод-
ней, по трубке, заби-
той песком или шеро-
ховатой — с трудом.
Тонкий провод
окажет электриче-
скому току большее
сопротивление, чем
толстый, а корот-
кий — меньшее, чем
длинный. Серебря-
ный или медный про-
вода подобны чи-
стым хорошим труб-
кам; железная или
Рис. 32. Разность уровней в со-
общающихся сосудах создает на-
пор и движение жидкости в труб-
ке, которая эти сосуды соединяет,
а насос наверху непрерывно соз-
дает разность уровней.
никелиновая проволоки — это как бы трубки, заби-
тые песком и шероховатые. По такому проводу току
придется «пробираться» с большим усилием.
Какая же величина соответствует высоте уровня
при протекании электрического тока? Поверхностям
одинаковых уровней воды в сосудах соответствуют
точки одинакового потенциала в цепи. Разность по-
тенциалов — это разность электрических уровней.
Она и вызывает движение электрических зарядов.
«Отчего же зависит сила тока?» — спрашивал
себя Ом. Во-первых, от разности потенциалов: чем
больше «напор», тем сильнее будет ток. Во-вторых,
от сопротивления проводника: чем больше будет
сопротивление проводника, тем слабее потечет ток.
Ученый проверил свои соображения на опыте и
установил, что сила тока в проводнике равна раз-
78
ности потенциалов на концах проводника, деленной
на сопротивление проводника (разумеется, все вели-
чины должны быть взяты в определенных мерах).
Это и есть закон Ома. Его обычно выражают в ви-
де формулы
где i — сила тока, и — разность потенциалов (на-
пряжение), г—сопротивление проводника.
Закон Ома — один из основных законов элек-
тротехники. Зная две величины, из входящих в фор-
мулу закона, всегда можно найти третью. Если
известны сила тока и разность потенциалов —
найдем сопротивление проводника:
Зная силу тока и сопротивление проводника,
найдем напряжение:
u = i • г
Ученые встретили закон Ома с большим недове-
рием. Электрические явления казались им неве-
роятно сложными, разнообразными, не поддаю-
щимися расчету. И вдруг выясняется, что все не-
обычайно просто: I равно и, деленному на г. Про-
стота отпугивала ученых. Они сомневались, возра-
жали, отрицали выводы Ома.
Около двадцати лет продолжалась борьба,
однако, опровергнуть закон Ома никто не смог.
Исследования русского ученого Э. X. Ленца под-
твердили правильность этой зависимости, и при-
мерно с 1847 года закон Ома получил всеобщее
признание.
7S
Электротехнические меры
В 1881 году в Париже собрался первый между-
народный конгресс электриков. В годы, предшество-
вавшие конгрессу, в электротехнике создалось не-
терпимое положение, напоминавшее библейскую
историю Вавилонской башни, которую строители
якобы не могли закончить потому, что начали го-
ворить на разных языках. Электрики с трудом по-
нимали друг друга,— ведь в разных государствах и
даже в пределах одного государства применялись
самые различные единицы для измерений электри-
ческого тока. В 1880 году насчитывалось 15 раз-
личных единиц сопротивления, 12 единиц напряже-
ния, 10 единиц силы тока. И каждый применял те
единицы, какие ему казались удобнее.
На этом конгрессе, при деятельном участии зна-
менит ого русского физика А. Г. Столетова, разно-,
бой в единицах устранили и установили междуна-
родные меры для электричества.
По решению конгресса электрическим единицам
присвоили имена выдающихся физиков, изучавших
электричество.
Тогда единица количества электричества и была
названа кулоном. Кулон равен тому количеству
электричества, которое выделяет из раствора сереб-
ряной соли 1,118 миллиграмма серебра.
Единица силы тока получила название ампер.
Ток силой в 1 ампер, протекая через водный раствор
азотнокислого серебра, выделяет на катоде 1,118 мил-
лиграмма серебра в течение одной секунды. Иначе
говоря, если через какой-нибудь проводник в ка-
ждую секунду проходит 1 кулон электричества,
80
такой ток имеет силу в 1 ампер. Обозначается
ампер буквой а или А.
Единица сопротивления проводников, по предло-
жению А. Г. Столетова, была названа омом.
Ом равен сопротивлению, которым обладает
ртутный столбик постоянного сечения высотой
в 106,3 сантиметра и весом в 14,4521 грамма. Обо-
значается ом просто — ом или греческой буквой
омега — 3.
Единица, служащая для измерения разности по-
тенциалов или напряжения, получила название
вольт.
Вольт равен напряжению, которое создает силу
тока в 1 ампер в проводнике, имеющем сопротивле-
ние в 1 ом. Обозначается буквой в или V.
Единица электрической емкости называется фа-
радой. Фарада равна емкости проводника, который
способен вместить 1 кулон электричества при на-
пряжении в 1 вольт. Фарада — слишком большая
мера. Емкость всего земного шара не составляет
1 фарады, а потому в практике для измерения элек-
трических емкостей применяются более мелкие
меры — миллионные доли фарады — микрофарады.
Обозначается микрофарада так: мкф или p-F.
6 M. Ивановски!
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ЭЛЕКТРОН ПЕРЕСТАЕТ БЫТЬ НЕЗНАКОМЦЕМ
Свечение разреженного газа
Красивый яркий пурпурно-розовый свет, лью-
щийся в трубках с разреженным воздухом, при-
влекал внимание многих исследователей. Ученые
и даже просто школьные учителя физики много-
кратно' повторяли этот замечательный опыт акаде-
мика В. В. Петрова. Они стремились понять причину
загадочного свечения и дать ему объяснение. Они
чувствовали себя, как мореплаватели, увидевшие
на горизонте берег земли, не отмеченной на карте.
Для опытов изготовляли тонкостенные, стеклян-
ные, запаянные с обоих концов трубки. Внутри
трубки находились два металлических электрода,
вводы которых были пропущены сквозь стекло.
Новые достаточно мощные воздушные насосы
позволяли получать в трубках разрежение значи-
тельно более высокое, чем то, которого достигал
в своих опытах Петров.
Присоединив проводники от электродов трубки
S2
к полюсам большой батарей, ученые постепенно от-
качивали воздух.
Сначала, когда насос только начинал действо-
вать, в трубке ничего особенного заметить не уда-
валось. Воздух — плохой проводник электричества.
Стрелка измерительного прибора — чувствительного
гальванометра, отмечавшего даже самый слабый
ток, включенного в цепь вместе с трубкой, остава-
лась недвижной: ток не шел.
Когда насос откачал большую часть воздуха,
в трубке возникало красивое свечение в виде лу-
чистой короны. Свет в короне струился и мерцал.
Это были искусственно созданные эльмовы огни.
Потом разряд принимал форму яркой нити, соеди-
нявшей электроды, нить превращалась в толстый
шнурок, постепенно расслаивавшийся и, наконец,
разряд заполнял всю трубку.
Непрерывно откачивая воздух, насос постепенно
доводил давление в трубке до одной сотой нор-
мального. Кистевой разряд к этому моменту сме-
нялся пурпурно-розовым свечением, возникшим
в конце трубки, возле анода, а у катода появлялось
синеватое или фиолетовое свечение, но оно распола-
галось не возле самого катода, а чуть поодаль.
Между пурпурным свечением у анода и синева-
тым у катода неизменно появлялся темный проме-
жуток. Гальванометр показывал, что через трубку
в это время проходит значительный ток. Чем мень-
ше оставалось в трубке воздуха, а следовательно,
чем разреженнее становился он, тем сильнее откло-
нялась стрелка прибора. Казалось странным: если
воздух не проводит электричества, то как может
проводить его почти пустое пространство — вакуум?
6*	33
Рис. 33. По мере того, как отка-
чивают воздух из катодной труб-
ки, характер свечения в ней ме-
няется.
При плотности
воздуха в одну
тысячную долю
нормальной, свече-
ние с анодной сто-
роны распростра-
нилось почти на
всю трубку и ста-
ло более ярким и
слоистым. Оно на-
поминало пурпур-
ные волны поляр-
ных сияний. Как
мы теперь знаем—
пурпурно-розовое
свечение трубки и
есть искусственно
созданное поляр-
ное сияние.
Темный проме-
жуток между си-
неватым свечени-
ем у катода и
ярким у анода
постепенно расши-
рялся; световые
явления в трубке
располагались так,
как это показано
на рисунке 33.
Делая опыты с трубками, физики изменяли со-
став газов и наблюдали, как при этом в трубке
менялась окраска света. Особенно красивыми были
световые явления в разреженном азоте. Трубки
с азотом ярко сияли, струившийся из них пурпурно-
красный свет озарял комнату. Столь же красиво,
хотя и менее ярко, светился разреженный кислород.
Водород давал слабое розовато-фиолетовое све-
чение, а при сильном разрежении его свечение при-
обретало неприятный фиолетовый оттенок. Наибо-
лее ярко светящиеся газы — аргон и неон — в те
годы еще не были открыты. Свечение этих газов
нам теперь хорошо знакомо: аргоном и неоном на-
полняют газосветные трубки, которыми освещают
витрины магазинов или используют их для световых
реклам и вывесок.
Открытие катодных лучей
В 1859 году давление воздуха в трубках удалось
снизить до одной десятитысячной доли нормального
атмосферного давления. При таком сильном разре-
жении в трубках пурпурно-розовое, слоистое анод-
ное' свечение меркнет, слабеет и, наконец, гаснет.
При еще большей откачке воздуха анодное свече-
ние вовсе исчезает. Фиолетовое же свечение катода
заметно тускнеет, а стенки трубки принимают зеле-
новатый оттенок и сами начинают светиться, темное
же пространство распространяется от катода по
всей трубке.
Пространство внутри трубки выглядит почти
темным, зато на ее стеклянной стенке, как раз
напротив катода, появляется яркое изумрудно-зеле-
ное светящееся пятно: стекло в этом месте стано-
вятся похожим на драгоценный камень.
§2
Это наводит на мысль, что теперь трубку прони-
зывают какие-то невидимые лучи, которые распро-
страняются от катода и вызывают свечение стекла.
Предметы, поставленные на их пути, отбрасывали
резкую тень, как изображено на рисунке 34.
Рис. 34. Предмет, поставленный поперек катодного луча, от-
брасывает в зеленом пятне явственную тень.
Эти лучи-невидимки получили название катод-
ных лучей.
При изготовлении трубок мастеру-стеклодуву не
всегда удавалось поместить катод строго напротив
анода. Обычно катод был чуть-чуть наклонен или
повернут в сторону; случалось также, что и трубка
получалась слегка изогнутой. При малых разреже-
ниях газа в трубке это совершенно не влияло нз
характер свечения. Свечение все равно струилось от
катода к аноду и «находило» анод, где бы он ни
помещался.
Когда ученые добились очень больших разреже-
ний, нечаянные ошибки стеклодувов помогли обна-
ружить новые свой-
ства катодных лучей:
они шли по прямым
линиям, строго пер-
пендикулярно к по-
верхности катода,
как бы «не обращая
внимания» на анод;
если анод не лежал
напротив катода, то
лучи миновали анод
стороной.
Для опыта был
сделан стеклянный р и с 35 три ветви ЛуЧей при
СОСуд в виде шара. сильном разрежении газа ели*
В нем поместили три ваются в один пучок,
анода и один катод.
Сначала путь разряда, заметный благодаря свече-
нию газа, разделился на три ветви и они, изгибаясь
дугами, шли каждый к своему аноду. Но при очень
большом разрежении три ветви лучей слились в один
поток и уперлись в стекло напротив катода (рис. 35).
Такое поведение разряда оставалось непонят-
ным, а ученые, продолжая откачивать воздух, до-
водили разрежение в трубках уже до миллион-
ных долей, стремясь узнать, какие еще неожидан-
ности могут преподнести загадочные чучи-неви-
цимки.
Но ожидания не оправдались. При предельно
низком давлении катодные лучи ослабели, зеленое
сияние в стекле померкло, а приборы отметили
почти полное прекращение тока в цепи трубки.
Один исследователь попробовал нагреть катод
в трубке, в которой вследствие слишком большого
разрежения погасли катодные лучи. Когда катод
раскалился, зеленое поле в стекле напротив катода
вспыхнуло с прежней силой, и погасить его уже не
удавалось, хотя воздушный насос продолжал отка-
чивать последние остатки воздуха. Раскаленный
катод испускал лучи, несмотря на почти полное от-
сутствие воздуха. Излучение прекратилось только,
когда катод остыл.
Более странных явлений физикам прежде наблю-
дать, пожалуй, не приходилось. Что представляют
собой эти таинственные лучи? В их электрической
природе сомневаться было невозможно, приборы
показывали, что через трубку течет ток. Но... что
такое катодные лучи? Родственны ли они световым?
Или, может быть, это струи каких-то новых неиз-
вестных частиц?
Ученые заинтересовались катодными лучами и
ставили один опыт за другим. Заказывали трубки
самой различной, подчас фантастической формы.
Было замечено, что стекло в том месте, где
сияло зеленое пятно, сильно нагревается. Это дока-
зывало, что катодные лучи несут значительную
энергию.
В одной из трубок ученые применили катод, из-
готовленный в виде вогнутого зеркала. Катодные
лучи, испускаемые катодом такой формы, сходились
в фокусе, как сходятся коническим пучком сол^еч-
8S
ные лучи, прошедшие сквозь выпуклое стекло
(лупу). В фокусе солнечных лучей*, собранных боль-
шой лупой, можно плавить свинец, воспламенять
бумагу. В фокусе вогнутого катода плавились и
кипели такие тугоплавкие металлы, как платина или
иридий.
Одно время ученым казалось, что катодные
лучи — не что иное, как мельчайшие частички ме-
талла, отрывающиеся от катода и летящие с огром-
ной скоростью. Действительно, после долгого
пользования катодной трубкой на ее стенках оседал
металлический налет. Но он появлялся не только
там, где сияло зеленоватое свечение, а распростра-
нялся по всей трубке и отлагался гуще вблизи ка-
тода. Металлические частицы катода летели не
струей по одному направлению, а веером, во все
стороны. Большое значение при этом имел материал,
из которого был сделан катод. Катодные лучи оди-
наково хорошо вылетали из серебряного и' из мед-
ного катодов, но распыление шло по-разному —
серебро распылялось быстрей, чем медь.
Было доказано, что катодные лучи к металли-
ческим частицам, вылетающим из катода, отноше-
ния не имеют. Лучи двигаются сами по себе, а ча-
стицы — сами по себе.
Катодные лучи оставались загадкой.
Именно в этот период, характеризуя состояние
учения об электричестве, Фридрих Энгельс писал:
«В учении же об электричестве мы имеем перед
собою хаотическую груду старых, ненадежных экс-
периментов, не получивших ни окончательного под-
тверждения, ни окончательного опровержения, ка-
кое-то неуверенное топтание во мраке, не связан-
89
ные друг с другом исследования и опыты многих
отдельных ученых», атакующих неизвестную область
вразброд, подобно орде кочевых наездников. И в са-
мом деле, в области электричества еще только
предстоит сделать открытие, подобное открытию
Дальтона !, открытие, дающее всей науке средото-
чие, а исследованию — прочную основу. Вот это-то
состояние разброда в современном учении об элек-
тричестве, делающее пока невозможным установле-
ние какой-нибудь всеобъемлющей теории, главным
образом и обусловливает то, что в этой области
господствует односторонняя эмпирия...» 1 2
Загадочное лучистое вещество
Новые мысли зародились в результате опытов
с катодной трубкой и магнитом.
Когда к трубке поднесли магнит, катодный луч
изогнулся наперерез силовым линиям магнитного
поля (рис. 35).
Лучи, как видимые — световые, так и невиди-
мые — инфракрасные и ультрафиолетовые, не от-
клоняются магнитом. Светоносная же струйка в ка-
тодной трубке повинуется влиянию магнита, значит,
она не световой луч, а именно струйка! Но чего?
Частиц какого-то вещества?
Это вещество не может быть металлом катода.
Когда катод распыляется, его частицы летят не так,
1 Дальтон ввел в пауку понятие об атомных весах.
2Ф. Энгельс, Диалектика природы, Госполитиздат.
1950, стр. 83—84
$
Р и с. 36. Когда к трубке поднесли магнит, то катодный
луч изогнулся наперерез магнитным силовым линиям.
как движется неизвестная материя катодного луча.
И это не частицы воздуха, так как катодный луч
проходит в трубке, даже при самой высокой степени
разрежения воздуха.
Исследователи попробовали повернуть магнит,
расположенный возле катодной трубки. Его укре-
пили так, чтобы северный полюс оказался на месте
южного, а южный — на месте северного. От пере-
становки магнита катодный луч изогнулся в про-
91
тнвоположную сторону. Если в начале опыта он
отклонялся вниз, то теперь он выгнулся вверх. Сло-
вом, поведение катодного луча напоминало движе-
ние провода с током в магнитном поле (см. выше
рис. 25).
Эти странные явления допускали только одно,
естественное объяснение: катодный луч не что иное,
как поток отрицательных зарядов — мельчайших ча-
стичек отрицательного электричества, то есть элек-
трический ток.
Уже явление электролиза наводило на мысль
о существовании элементарных зарядов. Но там эти
заряды были связаны с обломками молекул — с ио-
нами, которые служили им «лодочками». Здесь же
они выступали самостоятельно, так сказать, в чи-
стом виде и летели в безвоздушном пространстве
катодной трубки «вольными птицами».
Но аМожно ли сказать, что заряды, путешествую-
щие на ионах, и заряды, образующие катодный
луч,— эю одни и те же заряды? Равны ли они
между собой по величине? Нет ли между ними
какой-либо разницы?
На эти вопросы ученые смогли дать ответ только
после ряда новых опытов.
Подсчет атомов
К 90-м годам прошлого столетия атомистическая
теория торжествовала полную победу. Атомы суще-
ствуют! Это считалось окончательно доказанным.
Правда, физики того времени представляли атом
несокрушимо прочным шариком или кирпичиком, kq-
93
Тбрый никоим образом нельзя разбить на части, но
это временное заблуждение тогда еще не мешало
развитию науки.
В ту пору было известно 75 различных видов
или сортов атомов, иначе говоря — 75 химических
элементов.1 Каждый химический элемент состоит
из своих атомов: золото — из атомов золота, ртуть —
из атомов ртути и так далее.
Были раскрыты законы, по которым атомы, со-
единяясь между собой, образуют молекулы простых
веществ и химических соединений.
Ученые определили вес атомов каждого химиче-
ского элемента, приняв за единицу измерения одну
шестнадцатую долю веса атома кислорода.
Великий русский ученый Дмитрий Иванович
Менделеев в 1869 году построил свою знаменитую
периодическую систему элементов, о которой речь
будет впереди. Он уточнил определение атомных
весов химических элементов и привел в стройный
порядок все накопленные наукой знания об атомах.
Физики, совместно с химиками, сумели сосчи-
тать число атомов, содержащихся в одном грамме
любого химического элемента. Выяснилось, что
6,023 - 1023 атомов водорода весят 1 грамм,
а 6,023- 1023 атомов любого другого элемента веся г
столько граммов, сколько единиц в атомном весе
этого химического элемента. Значит порция азота
весом в 14 граммов содержит столько же атомов,
сколько и порция кислорода в 16 граммов, или пор-
ция натрия в 23 грамма и так далее.
1 Теперь известно 100 химических элементов, а разновид-
ностей атомов (изотопов) значительно больше.
93
Поэтому вычисление количества атомов в бдиОхМ
грамме любого простого тела оказалось очень не-
сложным делом. Надо число 6,023-1023 * разделить
на атомный вес химического элемента. Частное от
деления покажет, сколько атомов составляют один
грамм. Например, атомный вес ртути равен 200,61.
Делим 6,023- 1023 на 200,61 и получаем 3- 1021. Это
и есть число атомов в одном грамме ртути.
Столь несложным способом можно вычислить
сколько атомов содержится в любом куске золота,
железа, углерода или какого-либо иного простого
тела.
Найденное правило действительно не только по
отношению к атомам. С его помощью можно опре-
делить число молекул, составляющих один грамм
любого химического соединения. Для этого вместо
атомного веса надо знать молекулярный вес химиче-
ского соединения. Например, молекулярный вес
воды (Н2О) равен 18, следовательно один грамм
воды состоит из 3,34-1022 молекул, так как
6,023- 1023: 18 = 3,34- 1022.
Успехи атомистической теории чрезвычайно по-
могли разобраться в сущности электрических яв-
лений.
* Это число называется числом Авогадро. Число Авогадро,
как и многие другие большие или очень малые числа, запи-
сано здесь сокращенным способом: 6,023 • 1023 означает шесть
и двадцать три тысячных, умноженные на десять в двадцать
третьей степени, то есть на число, состоящее из единицы
и двадцати трех нулей.
Для изображения малых чисел пишут, например, так:
9,1 • 10"28 (масса электрона). Это значит 9,1 деленное на десять
в двадцать восьмой степени, то есть на единицу с 28 нулями.
94
Электрон получает признание
Ученые повторили фарадеевские опыты по раз-
ложению химических соединений электрическим
током. Они заново произвели точнейшие измерения
и убедились, что для разложения 6,023 • 1023 моле-
кул какого-либо вещества, через его раствор нужно
пропустить самое меньшее 96500 кулонов электри-
чества.
Для разложения стольких же молекул некоторых
других веществ требуется больше электричества, на-
пример для разложения молекул сернокислого маг-
ния (английская соль) надо затратить двойное ко-
личество электричества.
Но при этом наблюдается важная закономер-
ность: количество электричества может превысить
наименьшее либо ровно в два раза, либо в три
раза, но ни в коем случае не в полтора или в два
с половиной раза. Иначе говоря при электролизе на
каждые 6,023 • 1023 молекул разлагаемого вещества
порция электричества может быть больше 96500 ку-
лонов только в целое число раз.
Значит, на каждую молекулу при разложении ее
обязательно приходится расходовать целое число
совершенно одинаковых зарядов электричества.
Стало быть, существует такая порция электри-
чества, которая больше делиться не может, поэтому
встречается обязательно целое, но не дробное
число раз.
Из прерывного, атомного строения вещества не-
обходимо следует и прерывное строение электри-
чества.
95
Ученые сделали вывод, Что электричество со-
стоит из каких-то необычайно маленьких, уже неде-
лимых порций, являющихся как бы «атомами»
электричества.
Видимо, величину этой наименьшей и неделимой
порции электричества можно определить, разделив
число израсходованных кулонов на число разбитых
молекул:
96500 • 6,023 • 1023 = 1,60 • 10-19 кулона.
Это и есть заряд мельчайшей, известной совре-
менной науке порции отрицательного электриче-
ства — электрона.
Такое название этой «наименьшей порции» элек-
тричества было дано ей в 1891 году. Слово элек-
трон быстро вошло в обиход и окончательно утра-
тило всякую связь со своим прежним греческим
значением (янтарь).
Итак, электрон получил признание и имя, но
знали о нем еще слишком мало.
Он оставался таинственным незнакомцем, неиз-
вестно где обитающим, нивесть откуда появляю-
щимся и гак же загадочно ускользающим.
Магнит и луч
Физики с новой энергией взялись за исследова-
ние явлений, происходящих в катодной трубке.
Катодный луч, который правильнее называть по-
током электронов, повинуется влиянию магнита.
Когда к катодной трубке подносят магнит, то под
96
воздействием магнитного поля пути электронов, ле-
тящих от катода, искривляются, и электронный луч
изгибается дугой.
Физики решили воспользоваться воздействием
магнитного поля на поток электронов в разрядной
трубке для того, чтобы добыть нужные сведения
о массе и заряде электрона. Они рассуждали так:
предположим, что в магнитном поле летит некая
маленькая частичка. Если она не имеет никакого
заряда, то магнитное поле на нее не подействует:
частичка полетит по прямой линии.
Если же частичка несет электрический заряд,
это равноценно электрическому току, ее путь в маг-
нитном поле искривится. Чем больше будет заряд,
тем сильнее отклонится в сторону частица. Но ка-
ждая частичка обладает также и некоторой массой
и, следовательно, инерцией. Чем тяжелее будег
частичка, тем труднее заставить ее свернуть с пря-
мого пути. Значит, заряд содействует, а масса —
инерция противодействуют искривлению пути элек-
тронов в разрядной трубке.
Для физиков это оказалось ‘довольно досадным
обстоятельством. Ведь частички с большим зарядом
и большой массой отклоняются в магнитном поле
точно так же, как и частички с малым зарядом
и малой массой. Отличить, где какая масса или где
какой заряд — невозможно.
Наблюдая отклонение электронов в магнитном
поле, ученые не смогли определить отдельно ни
массы, ни заряда электрона, а только узнали, какой
заряд приходится на единицу массы электрона.
Иными словами, удалось найти отношение заряда
электрона к его массе.
7 М. Ивановский
97
Для точных измерений построили особую катод-
ную трубку. В этой трубке, неподалеку от катода,
поместили металлическую пластинку с небольшим
отверстием в центре.
Металлическая пластинка предназначалась для
того, чтобы задерживать большую часть электро-
нов. Через отверстие в пластинке мог прорваться
только узкий пучок лучей. Вот этот тонкий, как про-
волочка, пучок лучей и послужил ученым основой
для необходимых опытов.
С помощью своих приборов физики измерили:
магнитное поле, величину искривления электронного
луча под влиянием магнита и разность потенциалов,
приложенную к катодной трубке (от этой разности
зависит скорость электрона).
Оказалось, что заряд электрона, выраженный
в кулонах, больше его массы, выраженной в грам-
мах, почти в 1760 тысяч раз. Иначе говоря, физики
получили такую формулу:
= 1,76- 108
кулонов
грамм
где буквой е обозначен заряд электрона, а буквой
— его масса. В отдельности же величины е и м
попрежнему оставались неизвестными.
Правда, вычисление, сделанное на основании
опытов Фарадея, дало величину заряда электрона:
е = 1,60- 10~19 кулона. Подставив это значение е
в формулу, можно узнать, чему равно м — масса!
Для этого надо 1,60 - 10—19 разделить на 1,76-103,
и мы получим 9,1 • 10~28 грамма. Это и будет масса
одного электрона.
98
Однако никто тогда не знал и никто не доказал,
что наименьшая порция электричества, которая пе-
реносится одним атомом при электролизе, равна
заряду электрона, летящего в катодном луче. Это
еще предстояло доказать, а потому величина массы
электрона в 9,1 • 10~28 грамма нуждалась в под-
тверждении и проверке опытом.
Влияние света на искру
В восьмидесятых годах прошлого столетия заме-
чательный русский ученый, профессор Московского
университета Александр Григорьевич Столетов ре-
шил разобраться в одном странном явлении, кото-
рое было замечено немецким физиком Герцем.
Во время одного из своих опытов Герцу показа-
лось, что свет электрической искры, проскакиваю-
щей между шариками в электрической машине,
облегчает образование искры в другом приборе.
Герц проверил свое наблюдение и установил, что
такое же действие оказывает на искру электриче-
ская дуга. Ее яркий сильный свет, падая на искро-
вой промежуток, как-то помогает появлению искр.
На свету искры проскакивают при меньшем напря-
жении, чем в отсутствие дугового освещения.
Причины этого Герц не нашел и сообщение
о своих наблюдениях опубликовал без всякого объ-
яснения.
В том, что связь между световыми и электриче-
скими явлениями существует, Столетов не сомне-
вался, но искру он считал неподходящим объектом
исследования. Искра вспыхивает на мгновение, 7
7е
99
быстро гаснет. Измеряя что-либо при столь скоро-
течном явлении, легко ошибиться, а исследовать, не
измеряя,— бессмысленно.
Если свет облегчает электрическому току путь
через воздух, думал Столетов, то его влияние
должно сказаться и на слабом токе обычной галь-
ванической батареи, а ток от гальванической бата-
реи можно измерять с большой точностью. Для
этог® существуют чувствительные гальванометры.
Свет рождает ток
Вместе со своим помощником, талантливым
изобретателем И. Ф. Усагиным, Столетов построил
задуманный прибор. Они вырезали из цинковой
пластинки круг диаметром в 22 сантиметра, тща-
тельно очистили его и укрепили стоймя на верти-
кальном изолированном штативе. Затем из метал-
лической сетки они вырезали круг того же размера,
и натянули его на проволочный обод. Сетчатый
кружок укрепили на стойке так же, как и цинковый.
Из лабораторного проекционного фонаря с элек-
трической дугой Усагин вынул все линзы. Столетов
знал, что стекло задерживает и поглощает ультра-
фиолетовые лучи, способствующие образованию
электрической искры. Была также подготовлена но-
вая батарея и подобран гальванометр (рис. 37).
20 февраля 1888 года А. Г. Столетов приступил
к опытам. На лабораторном столе находился проек-
ционный фонарь. В двадцати сантиметрах от него,
поперек светового пучка поставили сетчатый кру-
жок; сразу же за ним, примерно на расстоянии
в двадцать миллиметров, поместили цинковый кру-
100
Рис. 37. Когда луч света, пронизывая сетчатый электрод,
падал на цинковый кружок, через воздушный промежуток
между электродами шел ток.
жок. Таким образом, когда зажигали фонарь, его
луч пронизывал сетчатый кружок и падал на цин-
ковый, то есть освещал сразу оба кружка.
Провод от плюса батареи присоединили через
гальванометр к сплошному кружку, а провод от
минуса батареи — к сетчатому.
Оба кружка служили в приборе Столетова элек-
тродами, такими же, как и в катодной трубке, но
только они не были заключены в стеклянный фут-
ляр, а располагались на открытом воздухе.
101
При потушенном фонаое ток через прибор не
шел, потому что сетчатый электрод нигде не ка-
сался цинкового: цепь была разорвана воздушным
промежутком между кружками, и стрелка гальва-
нометра стояла на нуле.
По знаку Столетова Усагин включил фонарь.
Зашипела дуга. Сильный, резкий луч яркого белого
света упал на электроды. Столетов настороженно
следил за гальванометром. Стрелка прибора как
будто бы чуть-чуть шевельнулась, но так незначи-
тельно, так незаметно, что ее легкое колебание
никак нельзя было считать предвестником удачи.
Такое поведение стрелки не обескуражило Сто-
летова. Он поменял местами провода от батареи:
отрицательный присоединил к сплошному кружку,
а положительный — к сетчатому.
Снова Усагин включил фонарь. И в то же мгно-
вение стрелка гальванометра дрогнула и отошла от
нуля. Ток пошел! Воздушный промежуток между
электродами перестал быть преградой.
26 февраля 1888 года Столетов отметил в лабо-
раторном журнале первый успех.
Столетов спрашивал себя: в чем сущность этого
явления? Быть может, свет, изменяя свойства воз-
духа, делает его проводником электрического тока?
Это предположение Столетов отверг. Оно неверно.
Когда плюс батареи был соединен с цинковым
кружком, а минус с сетчатым — ток не шел, хотя
воздушный промежуток был освещен. Значит, дело
не в изменении свойств воздуха.
Столетов проверил свой вывод. Он повернул оба
кружка ребром к фонарю. Теперь луч света сколь-
зил вдоль кружков, пронизывал воздушный проме-
102
жуток, только слегка задевая электроды. Стрелка
гальванометра оставалась на нуле. Тока не было.
Значит, причину явления следует искать в том
действии, которое оказывает свет именно на элек-
троды? Хорошо. Но на какой из них? Электродов
два — сетчатый и сплошной. Может быть, свет
«сдувает» электрические заряды с сетки и гонит их
на цинковый кружок?
Сомнительно! Редкой сетке из тонкой проволоки
достается слишком мало лучей, почти весь свето-
вой поток свободно проходит сквозь нее и падает
на цинковый электрод. Ему достается подавляющее
количество света. Именно в нем надо искать при-
чину явления.
Все явление протекало так, как будто свет «вы-
шибал» отрицательные заряды из цинковой пла-
стинки, а затем они притягивались к положительно
заряженной сетке.
Столетов записал свои выводы так: «Лучи воль-
товой дуги, падая на поверхность отрицательно-за-
ряженного тела, уносят с него заряд. Это действие
лучей сказывается исключительно на отрицательно
заряженной пластинке. Положительный заряд лу-
чами не уносится».
Опять непонятная закономерность
Для серии новых опытов Усагин, по указанию
Столетова, вырезал из плотного картона диск
с семью круглыми одинаковыми отверстиями.
Усагин укрепил этот диск на оси так, чтобы его
можно было вращать перед отверстием (оправой
103
объектива) фонаря с нужной для опыта скоростью.
Вращаясь, диск попеременно то открывал, то за-
крывал доступ свету из фонаря к цинковому
электроду.
В то время, когда Усагин вращал картонный
диск, Столетов следил за стрелкой гальванометра.
Свет фонаря прорывался сквозь отверстия диска
отдельными короткими порциями. При каждом воз-
действии светового луча, стрелка гальванометра
совершала резкий скачок в сторону. Стремитель-
ность колебаний стрелки показывала, что ток в цепи
прибора возникает мгновенно.
Ускоряя и замедляя скорость вращения картон-
ного диска, Столетов установил, что никакой за-
держки или промедления в образовании тока не
происходит: свет вспыхивает — ток возникает.
Хотя одно из явлений служит причиной, а другое —
следствием, промежуток времени между ними был
ничтожно мал. Можно считать, что свет и ток воз-
никают одновременно.
Столетову удалось установить этот факт с точ-
ностью до одной тысячной доли секунды. Совет-
ские ученые, повторившие опыты Столетова с более
совершенной и точной аппаратурой, доказали, что
между вспышкой света и образованием тока в
приборе не проходит даже одной трехмиллионной
доли секунды.
Поразительное свойство прибора Столетова
мгновенно отзываться на свет позволило в наши
дни создать звуковое кино, читающие станки, «го-
ворящие» часы и другие замечательные устройства.
Результаты своих дальнейших исследований Сто-
летов записал в лабораторном журнале: «разря-
104
жающим действием обладают главным образОхМ
ультрафиолетовые лучи».
В'этом Столетов убеждался неоднократно; до-
статочно было перегородить луч света от фонаря
обыкновенной стеклянной пластинкой, и ток в при-
боре мгновенно прекращался. Самый сильный ви-
димый свет не мог заменить даже слабого по-
тока ультрафиолетовых лучей. Электрические
заряды цинкового кружка были нечувствительны
к лучам видимого света даже при большой их
энергии.
Такая зависимость электрических зарядов, на-
ходящихся в цинковой пластинке, от лучей только
определенного рода, показалась ученым очень важ-
ным признаком, теснейшим образом связанным со
свойствами света и электричества.
Продолжая опыты, Столетов сделал еще одно
наблюдение: та часто лучей, которая отражается
цинковой пластинкой, никакого действия не произ-
водит. Важна только та часть, которая поглощается
пластинкой, и чем больше поглощено ультрафиоле-
товых лучей, тем сильнее ток.
Эти закономерности удалось объяснить только
много позже.
Но уже во времена Столетова его опыты над
«распылением» электричества, как он сам выра-
жался, подтверждали мысль о существовании эле-
ментарных отрицательных зарядов — частичек элек-
тричества. Действительно, опыты Столетова легче
всего объяснялись предположением (потом подтвер-
дившимся), что свет выбивает из металлов отдель-
ные электроны.
106
Электроны вылетают из атомов
В 90-х годах прошлого столетия в биографии
электрона оказались записанными ответы на три ан-
кетных вопроса: «имя», «масса» и «заряд». Однако
сведения, занесенные в две последние графы, не за-
служивали безусловного доверия, их следовало под-
твердить непосредственными лабораторными изме-
рениями. Но должно было пройти почти пятна-
дцать лет, прежде чем нашли способ, как опреде-
лить опытным путем точные значения массы и
заряда электрона.
За этот промежуток времени ученые, продолжая
исследовать мир предельно малых частиц, сумели
приобрести сведения и для четвертой графы анкеты:
«местожительство».
В 1896 году были впервые замечены явления
радиоактивности урана, способность его испускать
невидимые лучи. Три года спустя знаменитый физик
Мария Склодовская-Кюри, совместно со своим му-
жем Пьером Кюри, нашла новые радиоактивные,
то есть излучающие элементы. Радиоактивными
оказались кроме урана: полоний, радий, торий.
Уран и торий были известны и ранее, а радий и
полоний были открыты Склодовской-Кюри, которая
выделила их из урановой руды.
Радиоактивные вещества привлекали внимание
физиков своими необычайными, поистине волшеб-
ными свойствами. В присутствии радия драгоценные
камни даже в полной темноте начинают сверкать
и искриться, а краски, изготовленные с примесью
сернистого цинка, излучают лунное зеленоватое све-
106
Рис. 38. Излучение радиоактив-
ных элементов проникает сквозь
непрозрачные тела. На рисунке
изображена медаль, сфотографиро-
ванная с помощью радиоактивных
лучей.
чение. Стекло пробирки с радием со временем ме-
няет окраску и приобретает фиолетовый оттенок.
Электрические машины в присутствии радия пере-
стают действовать, так как воздух под влиянием
лучей радия становится проводником электричества.
Прикосновение про-
бирки с радием к ко-
же вызывает тяже-
лые трудно зажив-
ляемые ожоги.
Радий портит фо-
тографические пла-
стинки, упакованные
даже не в картонные,
а в металлические
коробки.
Самые обычные
вещества, соприка-
савшиеся с радием
в свою очередь ста-
новятся радиоактив-
ными. Лучи радиоак-
тивных веществ про-
ходят сквозь стекло
и металлы (рис. 38).
Открытие радио-
активных элементов
подтвердило гениальное предвидение, высказанное
Фридрихом Энгельсом и русскими передовыми уче-
ными прошлого века — А. М. Бутлеровым и
Н. А. Умовым о том, что атомы лишь кажутся не-
делимыми, на самом же деле они представляют осо-
бые сложные миры,
107
Однажды в лаборатории Кюри произошел чрез-
вычайно интересный случай, показавший ученым
одну важную особенность радия.
Крупинки радиевой соли, добытые Марией Скло-
довской из отходов урановой руды, супруги хра-
нили в ампулах,— в небольших, наглухо запаянных,
стеклянных трубочках. Пьеру Кюри для опытов по-
надобилась новая порция радия. Кюри взял в одну
руку ампулу, а в другую нож, намереваясь метким
и осторожным ударом отбить кончик ампулы так,
чтобы не рассыпать драгоценное вещество. Намечая
место удара, Пьер Кюри приложил лезвие ножа
к ампуле и в тот же момент услышал характерный
треск электрической искры. В стеклянной стенке
ампулы появилась трещинка и маленькая круглая
дырочка.
Пьер Кюри позвал жену, и они вдвоем сквозь
лупу стали рассматривать отверстие, пробитое не-
известно откуда взявшейся искрой.
Пьер Кюри взял из шкафа другую ампулу, и оба
исследователя, напрягая слух и зрение, склонились
над ней. Пьер Кюри осторожно приблизил нож
к ампуле. Как только лезвие коснулось стекла, раз-
дался треск электрической искры. Пьер Кюри
почувствовал-легкий толчок в руку, а в стекле
ампулы появилась крошечная круглая дырочка.
Сомнений не оставалось: за время хранения радий
выделил электрические заряды.
Затем было обнаружено, что радий непрерывно
выделяет из себя газ радон, который со временем
превращается в обычный гелий. Распад атомов
больше не вызывал сомнений.
108
Бета-частицы оказались электронами
Так как радиоактивные элементы, распадаясь,
выбрасывают какие-то частицы, то физики занялись
исследованием излучения радия. Они надеялись, что
в лучах радия окажутся осколки атомов, и эго по-
зволит судить об устройстве самих атомов.
Чтобы исследовать все, что вылетает из атомов
радиоактивных элементов, был построен несложный
прибор. Его главная часть состояла из пустотелой
свинцовой «бомбочки» с очень толстыми стенками.
В эту бомбочку поместили небольшое количество
радиевой соли.
Свинец для изготовления бомбочки был выбран
потому, что он поглощает излучение радия и, тем
самым, мешает частицам разлетаться во все сто-
роны. Излучение радия должно было проникать за
пределы свинцовой бомбочки только через малень-
кое круглое отверстие — окошко, просверленное
в стенке свинцового кубика.
На некотором расстоянии против окошка поме-
стили экран, покрытый сернистым цинком. Когда
в лаборатории потушили свет, ученые увидели на
экране светящееся зеленоватое пятнышко — след
лучей радия, выходящих из отверстия.
Затем к невидимой струйке, вырывавшейся из
отверстия в свинцовом кубике, поднесли магнит, и
тотчас на экране зеленоватое пятнышко раздели-
лось на части. Вместо одного пятнышка заискрились
три. Это наглядно свидетельствовало, что струйка
частиц, излучаемая радием, под влиянием магнита
распалась на три самостоятельных и разнородных
луча (рис. 39).
109
Рис. 39. Под воздействием магнит-
ного поля поток радиоактивного излу-
чения разделился на три ветки.
Среднее пят-
нышко осталось
на прежнем ме-
сте,— очевидно, в
излучении радия
есть нечто такое,
что не имеет элек-
трического заряда
и потому не под-
дается влиянию
магнитного поля.
Ученые назвали этот вид излучения гамма-лучами.
По своим свойствам гамма-лучи близки свету или
ультрафиолетовым лучам.
Второе пятнышко отошло от среднего положе-
ния на очень небольшое расстояние, оно только
слегка отклонилось в сторону; это указывало, что
масса частиц, образующих второй луч, сравнительно
велика. Направление, в котором отклонялись летя-
щие частицы, свидетельствовало об их положитель-
ном заряде. Этот поток тяжелых, положительно за-
ряженных частиц ученые назвали альфа-лучами,
а частицы — альфа-частицами. Они оказались яд-
рами атомов гелия.
Третья струйка изогнулась точь в точь так же,
как и электронный луч в катодной трубке. Эта
струйка состояла из отрицательно заряженных ча-
стиц, которые получили название бета-частиц.
После всесторонней проверки выяснилось, что бета-
частицы обладают всеми свойствами электронов,
иными словами, они и есть самые обыкновенные
электроны.
Этим-то и объясняется странное явление, которое
110
пришлось наблюдать Кюри, когда они вскрывали
ампулы с радиевой солью. Быстрые электроны про-
рывались сквозь тонкое стекло ампул, а положитель-
ный заряд накапливался в ампуле и пробивал стек-
ло, когда Кюри касался его ножом.
Бета-частицы содержатся в излучении многих
радиоактивных элементов. Следовательно, при рас-
паде атомов наряду с другими лучами и части-
цами возникают также и электроны. Ученые того
времени сделали поэтому вывод, что электроны
входят непременной частью в состав атомов.1 Эго
было необычайно важным открытием. Оно оконча-
тельно и бесповоротно доказало, что местообита-
нием электронов, а может быть даже и их родиной,
являются атомы.
Идеалисты переходят в наступление
Большинство ученых XIX века представляли
себе атом неделимым, абсолютно постоянным,
обладающим неизменной массой. Они считали его
первоначальным, извечным и неизменным «кирпичом
мироздания».
И вдруг в мире привычных научных воззрений
стали известны новые удивительные факты — уче-
ные ознакомились с явлениями радиоактивности.
1 Ученые того времени сделали правильный вывод из...
ошибочных предпосылок. Теперь мы знаем, что у радиоактив-
ных атомов распадаются ядра, в которых электронов не со-
держится. Они именно родятся в момент распада. И все же
 любом атоме действительно есть электроны, только не
в ядре, а в оболочке.
Ш
Атомы, казавшиеся до того времени несокрушимы-
ми, разваливались буквально на глазах. Вещество
исчезало, распадалось, а среди продуктов распада
находились не только' вещественные частицы —
атомы других более легких химических элементов,
но и частицы отрицательного электричества — элект-
роны и даже гамма-лучи.
Все это было ново, необычно, странно. Все это
под корень подрубало старые понятия и о веществе
и об энергии. Прежние воззрения рушились. Каза-
лось, пошатнулись основы физических наук.
Ученые-идеалисты воспрянули духом. В течение
всего XIX века, под напором непрерывных успехов
науки, они были вынуждены сдавать одну позицию
за другой. Открытия Фарадея, Менделеева, Бутле-
рова, Максвелла, Столетова и многих других уче-
ных разрушали идеалистические представления
о мире.
Теперь же, на рубеже XX века, новые факты
давали идеалистам удобный случай перейти в ре-
шительное контрнаступление и вернуть утраченный
авторитет. С еще большим рвением ученые и фи-
лософы идеалистического лагеря ринулись в атаку
на материализм, надеясь, что им удастся раз и на-
всегда сокрушить материалистическое миропони-
мание.
Штурм начался с самых различных позиций.
Одни, опираясь на незавершенные опыты Кюри,
утверждали, что радиоактивные элементы являются
неисчерпаемыми источниками энергии — вечными
двигателями, в которых энергия рождается из ни-
чего. И, следовательно, великий ломоносовский
закон: «из ничего не может возникнуть что-то» —
112
йё&ерен. Идеалисты объявили этот основной закон
природы недействительным.
Другие доказывали, что материя в радиоактив-
ных элементах превращается в излучение, а излу-
чение, рассеиваясь в пространстве, якобы бесследно
исчезает. И они делали ложный вывод, что материя
не вечна, она исчезает, уничтожается.
Третьи обращали свое внимание на природу
электрона.
Эти физики признавали электрон не мель-
чайшей частицей вещества, а только простейшим
элементарным зарядом, а электричество считали од-
ним из видов энергии.
И все эти физики-идеалисты, искажая истину,
говорили: атомы состоят из электронов, а электро-
ны только заряды. Значит атомы не материальны,
не вещественны. Материя в действительности не су-
ществует, а существуют одни заряды — одна
энергия.
Наконец, нашлись ученые, которые, повторяя
теории древних философов-идеалистов, отрицали
все. Они пытались доказать, что будто бы ни ато-
мов, ни электронов и вообще ничего на свете нет.
Земля, Вселенная, атомы и электроны — это не бо-
лее как наши ощущения, это только понятия, вве-
денные для удобства мышления и рассуждений.
Материи нет, есть только наши понятия, которые
можно облачать в форму математических урав-
нений.
Весь этот вздор, оглушая и ослепляя исследова-
телей природы, мешая разобраться в сущности но-
вых и непонятных явлений, хлынул в науку.
8 М. Ивановский	113
Все сторонники идеалистического мировоззрЬ
ния, несмотря на некоторое различие во взглядах,
дружно стремились к одной цели. Они пытались до-
казать, что материя уничтожима, не вечна, не дей-
ствительна, а бог, дух — неуничтожимы, вечны.
Гениальная книга В. Й. Ленина
Подлинная наука выдерживала яростный штурм
реакционной философии. Владимир Ильич Ленин
в своей замечательной книге «Материализм и эмпи-
риокритицизм» привел один из эпизодов этого
штурма.
В начале нашего века известный естествоиспы-
татель Эрнст Геккель написал небольшую книгу
под названием «Мировые загадки». Это было до-
вольно наивное произведение, в котором Геккель
вовсе не стремился показать себя материалистом.
Он даже открещивался от этого названия. Но в кни-
ге Геккель описывал все так, как это есть в дей-
ствительности: добросовестно, правдиво излагал
сущность последних открытий, приводил убедитель-
ные факты. И его книга вызвала целую бурю.
В. И. Ленин писал: «Популярная книжечка сде-
лалась орудием классовой борьбы. Профессора
философии и теологии 1 всех стран света принялись
на тысячи ладов разносить и уничтожать Геккеля.
Знаменитый английский физик Лодж пустился за-
щищать бога от Геккеля. Русский физик, г. Хволь-
1 Теология — «наука» о божестве.
114
сон, отправился в Германию, чтобы издать там под-
лую черносотенную брошюрку против Геккеля...
... Нет числа тем теологам, которые ополчились на
Геккеля. Нет такой бешеной брани, которой бы не
осыпали его казенные профессора философии. Ве-
село смотреть, как у этих высохших на мертвой
схоластике мумий — может быть, первый раз
в жизни — загораются глаза и розовеют щеки от
тех пощечин, которых надавал им Эрнст Геккель.
Жрецы чистой науки и самой отвлеченной, каза-
лось бы, теории прямо стонут от бешенства...
Он — материалист, ату его, ату материалиста, он
обманывает публику, не называя себя прямо мате-
риалистом— вот что в особенности доводит почтен-
нейших господ профессоров до неистовства».1
Геккелю угрожали расправой, ему присылали
подметные письма, наполненные бранью,— назы-
вали ученого «собакой», «безбожником», «обезья-
ной» и, наконец, когда Геккель работал в своем
кабинете, кто-то запустил в окно огромнььм булыж-
ником, рассчитывая размозжить ученому голову...
В это смутное время, против реакционной фило-
софии, в защиту подлинной науки, в защиту мате-
риализма выступил Владимир Ильич Ленин. В своей
книге «МатериализхМ и эмпириокритицизм» он под-
верг уничтожающей критике реакционные теорийки
буржуазных философов и физиков.
Он объяснил, что «реакционные поползновения
порождаются самим прогрессом науки. Крупный
успех естествознания, приближение к таким одно-
1 В. И. Ленин, Соч., 7. 14, стр. 334—33£.
8*
115
родным и простым элементам материи, законы дви-
жения которых допускают математическую обра-
ботку, порождает забвение материи математиками.
«Материя исчезает», остаются одни уравнения»,1 —
писал В. И. Ленин, высмеивая попытки ученых-
идеалистов одними математическими формулами
объяснить весь мир.
В. И. Ленин разоблачил старания теоретиков
идеалистического лагеря «упразднить» материю или
подменить ее энергией.
Материя — не только вещество
Физики старой школы считали материей только
вещество, то есть только то, что состоит из моле-
кул и атомов. Современная наука показала, что
вещество не кончается атомами. Ведь и атомы
делимы! Они состоят из различных мельчайших ча-
стиц. В ядрах атомов обнаружены положительно
заряженные частицы — протоны и нейтральные —
нейтроны. Окружающая ядро атома оболочка со-
стоит из электронов. Все эти частицы тоже веще-
ственны.
Но материя это не только вещество. Величай-
шая заслуга В. И. Ленина состоит в том, что он
доказал ошибочность старого, примитивного поня-
тия материи-вещества. Электрические и магнитные
поля, свет и другие виды излучения, которые пред-
ставляют собой колебания электромагнитного
поля,— это тоже материя.
1 В. И. Ленин, Соч., т. 14, стр. 294.
116
И тысячи примеров из повседневной жизни и
промышленного производства это подтверждают.
Мы видим, как магнитное поле проволочной спи-
рали, по которой течет сильный электрический ток,
втягивает в себя железный стержень и переводит
стрелки трамвайных путей.
Мы видим, как в быстропеременном электриче-
ском поле высыхают гигантские фарфоровые изо-
ляторы для высоковольтных линий и предостере-
гающие надписи предупреждают работающих об
опасности попасть в такое поле.
Магнитные поля электромоторов движут наши
трамваи, троллейбусы, автобусы ЗИС-154 и электро>-
поезда.
Введите медный стержень между полосами силь-
ного электромагнита и попробуйте вращать стержни
вокруг его оси. Вам покажется, что стержень по-
гружен в густую смолу, настолько трудно вращать
его со сколько-нибудь большой скоростью в маг-
нитном поле.
Электрические и магнитные поля невидимы, но
это не значит, что они не материальны. Человек,
нечаянно сунувший руку в быстропеременное элек-
трическое поле, мгновенно почувствует, что оно не
менее материально, чем кипяток или пламя.
«Материя есть то, что, действуя на наши органы
чувств, производит ощущение; материя есть объек-
тивная реальность...»1
«В мире нет ничего, кроме движущейся мате-
рии», 1 2 — писал Ленин.
1 В И. Лёнин, Соч. т. 14. стр. 133.
2 В. И. Ленин, Соч., т. 14, стр. 162.
Материя и движение неразрывны. Нельзя пред-
ставить материю без движения или движение без
материи, одно без другого — бессмыслица.
В мире движется все — движутся млечные пути
(звездные системы), звезды и пылинки, движутся
молекулы, атомы и частицы, их составляющие.
Движение — это не только перемещение из одного
пункта в другой, не только вращение или колеба-
ние, но и химическое соединение и разложение,
теплота и электрический ток, коисталлизация, рост
и распад, изменение видов. Движение — это вся-
кое изменение, всякое развитие.
Наши органы чувств дают не кажущееся, не
воображаемое представление об окружающем мире,
как утверждают идеалисты, а действительное.
Наши знания о природе хотя и не вполне точны,
приблизительны, но с каждым успехом науки они
становятся точнее, правильнее. Окружающий мир
именно таков, каким мы его видим, и В. И. Ленин
приводит наглядный пример: «Человек в темной
комнате может крайне неясно различать предметы,
но если он не натыкается на мебель и не идет
в зеркало, как в дверь, то, значит, он видит кое-
что правильно».1
Так и ученые еще не вполне ясно различают,
что именно происходит в мире атомов и в области
электромагнитных полей, но> не идут «в зеркало, как
в дверь». Физики уже отыскали способ, как поста-
вить на пользу человечеству электромагнитные поля,
создали радио, научились разрушать и строить
1 В. И. Ленин, Со1!., т. 14, стр. 263,
118
атомы — значит ученые правильно понимают неко-
торые явления мира малых частиц.
Гениальное произведение В. И. Ленина расчи-
стило дорогу подлинной науке и оказало ей неоце-
нимую помощь.
Передовые ученые, особенно русские, советские,
продолжали настойчиво, упорно трудиться, посте-
пенно, шаг за шагом раскрывая суть сложнейших
явлений. Их труды 'полностью подтверждают основ-
ное положение марксистской философии о матери-
альности мира.
Измерение заряда электрона
Физики прекрасно понимали, что, несмотря на
все успехи электронной теории, она остается неза-
вершенной— ни масса, ни заряд электрона еще не
определены непосредственным опытом. Это было
слабым местом теории — ее ахиллесовой пятой.
Измерение заряда электрона — стало первооче-
редной задачей, над которой начали трудиться мно-
гие специалисты.
Предшествующие исследования заряда элек-
трона показали, что он ничтожно мал; было совер-
шенно ясно, что если к какому-либо большому
предмету добавить один электрон или, наоборот, от-
нять его, то уловить изменение заряда этого пред-
мета не сможет ни один прибор на свете.
Для большого воздушного шара-стратостата
майский жук, залетевший в гондолу, незаметен,
а для маленького детского воздушного шарика жук
будет чересчур тяжелым пассажиром.
119
Поэтому можно попытаться взять настолько
маленькое тело, совсем ничтожную пылинку, чтобы
потеря ею одного электрона уже стала заметна.
Академик А. Ф. Иоффе, намереваясь измерить за-
ряд электронов, пошел именно по такому пути. В ка-
честве пылинок он использовал мельчайшие капель-
ки цинковой амальгамы, то есть ртути, к которой
было добавлено небольшое количество цинка.
Две горизонтальные металлические пластины,
разделенные воздушным промежутком, составляли
главную часть прибора для измерения заряда.
В верхней пластине имелось небольшое отверстие.
С одной стороны воздушный промежуток между
пластинами освещала обычная электрическая лам-
почка, с другой стороны стояла лампа — источник
ультрафиолетовых лучей. Эта лампа имела за-
слонку, чтобы открывать ее на короткое время.
Спереди был пристроен микроскоп, через кото-
рый можно было наблюдать все, что будет происхо-
дить во время опыта в промежутке между пласти-
нами (рис. 40).
К пластинам была приложена определенная раз-
ность потенциалов, причем верхняя пластина со-
единялась с положительным полюсом батареи, а
нижняя — с отрицательным. Напряжение на пла-
стинах можно было регулировать по желанию, то
есть увеличивать или уменьшать так, как это могло
бы потребоваться по ходу предстоящего опыта.
После проверки работы всех частей прибора
А. Ф. Иоффе приступил к измерению. В промежу-
ток между пластинами через отверстие в верхней
пластинке вдули некоторое количество тончайших
ртутных капелек.
12Q
Р и с. 40. Схема прибора, построенного академиком
А. Ф. Иоффе для измерения заряда электрона.
Капельки рассеялись по всему воздушному про-
межутку и под действием силы тяжести медленно,
плавно начали оседать на нижнюю пластину.
Иоффе включил напряжение. Между пласти-
нами образовалось электрическое поле. Тотчас же
капельки, которые обладали положительным заря-
дом, 1 стремительно понеслись вниз к отрицательно
заряженной пластине, а капельки, имевшие отри-
цательный заряд, стали подниматься вверх, притя-
гиваясь к положительно заряженной пластине.
Среди отрицательно заряженных капелек име-
лось несколько таких, которые почти недвижи-
мо висели в воздухе,— не опускались и не подни-
мались. 1
1 Капельки жидкости электризуются при распылении.
121
Чтобы совсем остановить движение одной отри-
цательно заряженной капельки, Иоффе так подо-
брал разность потенциалов между пластинами, что
притяжение верхней пластины точно уравновесило
вес капельки. Отрицательно заряженная капелька
повисла в воздухе совершенно неподвижно.
Желая убедиться, что капелька сама по себе ни
опуститься ни подняться не может, Иоффе держал
ее во взвешенном состоянии несколько суток, и она
висела, словно привязанная невидимой ниточкой.
Перед началом опыта Иоффе записал раз-
ность потенциалов на пластинках, которая удержи-
вала капельку во взвешенном состоянии, а затем на
мгновение приоткрыл заслонку на ультрафиолетовой
лампе. Лучи пронизали воздушный промежуток ме-
жду пластинами и вырвали из капельки несколько
электронов (вспомните опыт Столетова), заряд
капли изменился, и она полетела вниз.
Иоффе увеличил напряжение на пластинах, под-
тянул капельку на прежнее место и опять заставил
ее висеть неподвижно.
Затем он приоткрыл заслонку на ультрафиолето-
вой лампе, и снова лучи согнали с капельки не-
сколько электронов, капелька стала падать, но
Иоффе подтянул ее и уравновесил.
В третий раз ученый открыл заслонку, и в тре-
тий раз ультрафиолетовые лучи согнали с капельки
несколько электронов, а Иоффе опять вернул ее на
старое место. Так он повторял эту операцию до тех
пор, пока никакое изменение напряжения на пла-
стинах уже не могло удерживать капельку во взве-
шенном состоянии, и она падала, повинуясь только
земному тяготению,
122
Притяжение положительно заряженной пластины
перестало оказывать на нее свое влияние. Это озна-
чало, что ультрафиолетовые лучи лишили капельку
ее заряда, электроны покинули капельку.
Капельке дали спокойно' упасть, а через отвер-
стие в верхней пластине впустили новую порцию
капелек. Среди них выбрали одну, удержали ее
в неподвижном состоянии, и опыт начался сначала.
В конце концов и вторая капелька, лишившись
заряда, опустилась вниз; ее заменили, опыт продол-
жался. Только большое число одинаковых опытов
могло дать надежный результат.
Проходили дни за днями. Щелкала заслонка,
открывая и закрывая путь ультрафиолетовым
лучам.
Через поле зрения микроскопа прошло несколько
сот капель. В лабораторном журнале выстроились
длинные столбцы цифр. Число измерений достигло
нескольких сотен.
И среди этих измерений ни разу не случалось,
чтобы заряд, выбиваемый из пылинки, оказался
меньше совершенно определенной величины.
Заряд уходил всегда только целыми порциями,
и этих порций было либо одна, либо две, либо три,
четыре, пять, но ни разу заряд не уменьшился на
полпорции или на полторы или на две с половиной.
Таким образом было установлено, что электри-
ческий заряд уходит только в виде определенных
порций отрицательного электричества, то есть
в виде электронов.
Работа продолжалась. Вместо ртутных капелек
стали вдувать цинковые пылинки и пылинки других
веществ, и всегда электрический заряд покидал пы-
123
линку одинаковыми порциями. Это означало, что
«цинковый» электрон ничем не отличается от «мед-
ного». Заряд электрона, выбитого из золотой пы-
линки, нисколько не больше и не меньше заряда
электрона, выбитого из железной пылинки. Все элек-
троны — одинаковы.
Но это было не все! Неизвестным оставалось са-
мое главное — заряд одного электрона. Однако не-
видимка уже не мог прятаться. А. Ф. Иоффе знал,
что все наимельчайшие зарядики равны между со-
бой, и знал также, сколько этих зарядиков-электро-
нов он согнал ультрафиолетовыми лучами с каждой
капельки ртути.
Оставалось решить совсем простенькую арифмети-
ческую задачу: разделить величину первоначального
заряда капли на число согнанных электронов и в ча-
стном от деления получить заряд одного электрона.
Но прежде чем решать такую задачу, предстояло
узнать, чему же был равен заряд капли до того,
как ее стали освещать ультрафиолетовыми лучами?
И это было хотя и самое трудное дело, но все же
далеко не безнадежное, ведь капелька, висевшая
в промежутке между двумя пластинами, подверга-
лась действию двух сил: сила тяжести тянула ее
вниз, а электрическая сила — вверх. И обе эти силы
были равны, потому что капелька не подымалась и
не падала—висела неподвижно. Значит, стоило толь-
ко узнать, чему равен вес капельки ртути, и тогда
стала бы известна величина электрической силы.
Вес капельки надо было измерить. Однако эта
капелька была так мала, что даже в поле зрения
микроскопа она казалась не шариком, а только бле-
стящей звездочкой. Измерить ее обычным способом,
124
как измеряют маленькие шарики, было невозможно,
и Иоффе применил иной способ.
Зная удельный вес ртути и измерив скорость па-
дения капельки, можно очень точно определить ее
вес. Так А. Ф. Иоффе и сделал: когда капелька в
конце опыта полностью лишилась своего заряда и
стала падать, ученый тщательно измерил скорость
ее падения, а затем вычислил вес капельки. Так
А. Ф. Иоффе узнал величину электрических сил,
действовавших на каплю, а затем и величину заряда
капли, потом разделил на число выбитых электро-
нов и получил заряд одного электрона.
Величина заряда электрона была измерена та-
ким способом непосредственно.
По современным измерениям заряд электрона
равен 4,8- 10”1и абсолютных электростатических еди-
ниц, или 1,6-10-19 кулона. Иначе говоря, в одном
кулоне содержится такое количество электронов,
которое определяется миллиардами миллиардов,
а именно равно 6,25- 1018.
После измерения заряда электрона физики
снова вернулись к опыту с магнитом и катодной
трубкой, который был поставлен в конце прошлого
столетия. Тогда они сумели очень точно измерить,
насколько отклоняется электронный пучок в маг-
нитном поле, и это позволило установить соотноше-
ние между зарядом электрона и его массой.
Теперь ученые повторили этот опыт и, зная ве-
личину заряда электрона, определили, что его масса
действительно' равна 9,1 • 10-28 грамма.
Электрон — одна из мельчайших частиц мате-
рии. Он легче дробинки во столько же раз, во
сколько раз дробинка легче земного шара.
125
Почти двадцать лет ученые трудились, чтобы
измерить массу и заряд электрона и доказать его
существование. Их усилия увенчались полной побе-
дой. Реальность электрона была утверждена
опытом.
И вся история этого открытия блестяще под-
твердила гениальное положение, выдвинутое то-
варищем И. В. Сталиным: «В противоположность
идеализму, который оспаривает возможность позна-
ния мира и его закономерностей, не верит в досто-
верность наших знаний, не признает объективной
истины, и считает, что мир полон «вещей в себе»,
которые не могут быть никогда познаны наукой,—
марксистский философский материализм исходит из
того, что мир и его закономерности вполне позна-
ваемы, что наши знания о законах природы, прове-
ренные опытом, практикой, являются достоверными
знаниями, имеющими значение объективных истин,
что нет в мире непознаваемых вещей, а есть только
вещи, еще не познанные, которые будут раскрыты
и познаны силами науки и практики».1
В напряженной борьбе с мракобесами и реакцио-
нерами из идеалистического лагеря победу одер-
жали представители передовой материалистической
науки. Они на опыте доказали, что электрон — не
плод воображения ученых, придумавших электрон
только для того, чтобы было удобнее объяснить
электрические явления.
Электрон действительно существует, и наши зна-
ния о нем —достоверные знания!
1 И. Сталин, Вопросы ленинизма, Госполитиздат,
И изд., стр. 543.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ПЛЕННИКИ НЕВИДИМОЙ КРЕПОСТИ
Открытие мирового значения
В 1869 году великий русский ученый Дмитрий
Иванович Менделеев совершил открытие мирового
значения.
Изучая различные особенности химических эле-
ментов — их способность вступать в соединение друг
с другом, их плотность, электропроводность и про-
чее,— Менделеев обратил внимание, что среди них
встречаются элементы, очень похожие друг на друга.
Медь по своим свойствам родственна серебру — оба
эти металла хорошо проводят тепло и электриче-
ский ток. А у серебра есть сходство с золотом.
Легкоплавкое и мягкое олово напоминает легко-
плавкий и мягкий свинец.
Всем известный иод с его характерным запахом,
фиолетовый в парообразном состоянии и буро-ко-
ричневый в растворе, похож на бром — вещество
буро-красного цвета, очень едкое, с неприятным
127
удушливым запахом, которому оно обязано своим
названием (бром в переводе с греческого означает
зловонный). Ближайшими родственниками брома
являются — хлор, удушливый ядовитый газ зелено-
вато-желтого цвета и двойник хлора — фтор, газ
желтовато-зеленого цвета с резким и неприятным
запахом.
Таким образом у каждого химического эле-
мента имеются по два-три (а иногда и больше)
«родственника». Но эти «родственники» сильно от-
личаются друг от друга по одному признаку — по
атомному весу.1
Если же взять элементы близкие друг другу по
атомному весу, то опять наблюдается несомненная
закономерность. Вот, например, натрий — это очень
горючий металл. Он горит даже в воде, отнимая
у нее кислород.
Его сосед по весу — магний — тоже горючий ме-
талл, его употребляют фотографы в качестве осве-
тительного материала. Но магний загорается го-
раздо хуже натрия. Горюч и алюминий, сосед маг-
ния по весу, но спичкой его уже не подожжешь.
Его приходится предварительно измельчать в поро-
шок. В таком виде он входит в состав «термита»,
которым сваривают трамвайные рельсы.
Д. И. Менделеев с гениальной прозорливостью
понимал, что сходство элементов не может быть
случайным. В этом сходстве несомненно скрывается
важная закономерность, и великий химик занялся
поисками природы этой закономерности.
1 Атомным весом называется отношение, показывающее во
сколько раз вес одного атома химического элемента больше
одной шестнадцатой доли веса атома кислорода.
128
Для удобства работы ученый выписал названия
химических элементов, их атомные веса и основ-
ные свойства на небольших кусочках картона.
У него получилось 63 карточки, по числу известных
в то время химических элементов.
Хотя многие из элементов тогда еще не были
открыты, но закон, по которому повторяются сход-
ные свойства, Менделеев установил.
В настоящее время известно сто элементов. Пер-
вым в списке стоит самый легкий элемент — водо-
род, за ним следуют все остальные элементы, рас-
положенные в порядке возрастающих атомных ве-
сов. К концу 1951 года список элементов замыкал
уже вновь открытый элемент № 100 — центурий.
Для примера рассмотрим группу лития — нат-
рия— калия. Все эго легкие, блестящие металлы.
Если кусок калия или натрия бросить в воду, вспы-
хивает пламя. Металл разлагает воду на водород и
кислород, жадно соединяясь с кислородом. Его оки-
сел, растворяясь в воде, образует щелочь. Реакция
идет так бурно, с таким выделением тепла, что и
металл и водород загораются и пылают над водой.
По своим химическим свойствам литий, натрий и ка-
лий необычайно похожи друг на друга. И в списке
элементов они занимают определенные места: ли-
тий — третье, натрий — одиннадцатое, калий — де-
вятнадцатое, то есть их разделяют восемь номеров.
Члены другого семейства химических элемен-
тов — фосфор, мышьяк и сурьма — ядовиты, хрупки,
и в списке они отделены друг от друга восемна-
дцатью номерами. Точно также восемнадцатью но-
мерами отделены хлор от брома и бром от иода.
Между этими элементами также есть много общего.
9 М Ивановский
129
Свойства более тяжелых элементов повторяются
не через 8 или 18 номеров, а через 32 номера. На
тридцать втором месте от олова стоит свинец. Зо-
лото от серебра отделено также 32 номерами.
8, 18, 32 — числа, явно связанные со свойствами
элементов. Каждый восьмой, или восемнадцатый,
или тридцать второй повторяют некоторые особен-
ности своих более легких предшественников по
списку. При этом следует обратить внимание, что и
в этих числах 8, 18, 32 скрыта своя определенная
математическая закономерность. 8 — это дважды
два, помноженное на два. 18 — трижды три, помно-
женное на два. 32 — это четырежды четыре, помно-
женное на два.
Тут есть над чем призадуматься. Даже в по-
рядковых номерах элементов, если они располо-
жены по атомным весам, таится какой-то опреде-
ленный и точный закон.
Периодическая система элементов
Менделеев открыл существование этого закона
и доказал, что химические свойства элементов по-
вторяются периодически, то есть через определенное
число элементов, и образуют,отдельные группы.
Чтобы значение установленного закона было
очевидным и наглядным, Менделеев расположил
все элементы в виде таблицы. Получилась знаме-
нитая, всемирно известная «таблица периодической
системы элементов».
В горизонтальных рядах таблицы элементы раз-
мещены в порядке последовательного изменения их
130
свойств от металлов к металлоидам. В вертикаль-*
ных столбцах они стоят по родственным призна-
кам. Натрий расположился под литием, калий под
натрием. Фосфор, мышьяк и сурьма сошлись в пя-
том столбце, а фтор, хлор, бром, иод — в седьмом.
Размещая карточки с названиями элементов
в найденном порядке, Менделеев убедился, что
атомные веса, которые были определены другими
химиками, не всегда верны.
Атомный вес бериллия был указан—13,5. Это
невозможно! Бериллий по своим свойствам родстве-
нен магнию. Он должен стоять в вертикальном
столбце над магнием. Следовательно, бериллий
легче бора. И Менделеев, не прикасаясь к весам
или к каким-либо приборам, действуя только на
основании открытого им закона, зачеркивает 13,5
и пишет — 9.
Точно так же Менделеев исправил атомные
веса урана, ванадия, церия, титана.
При размещении всех известных тогда элемен-
тов некоторые клетки Менделееву пришлось оста-
вить не занятыми. Значит еще не все элементы
обнаружены — сделал вывод Менделеев. Со вре-
менем «хозяева» пустующих клеточек найдутся!
И хотя никто в мире даже не подозревал о су-
ществовании новых элементов, Менделеев заранее
указал их свойства и атомные веса.
Многие ученые встретили установленный Мен-
делеевым закон с явным недоверием. Русский хи-
мик, открывает новые элементы вне лаборатории,
взвешивает их без весов! Он предсказывает свой-
ства элементов без анализа, даже не видя их!
131
В 1875 году поступило первое сообщение: на-
шелся один из предсказанных Менделеевым эле-
ментов. Его свойства и атомный вес почти в точ-
ности соответствовали предначертаниям Менделеева.
Тогда химики стали проверять атомные веса
элементов. Опять оказалось, что Менделеев прав,
действительно атомный вес бериллия равен 9, а
уран должен занять свое место не в середине спис-
ка, как раньше, а в самом конце его.
В 1879 году открыли еще один менделеевский
элемент. Затем нашли третий элемент!
Это была замечательная победа русского уче-
ного и всей русской науки! Слава Менделеева про-
гремела по всему миру. Ученые оценили все вели-
чие и значение трудов Менделеева.
Менделеев помог разоблачить гнилое идеалисти-
ческое учение о непознаваемости природы. Своим
открытием Менделеев доказал, что настоящий уче-
ный обязан не только видеть, но и предвидеть
факты.
Именно поэтому Фридрих Энгельс оценил откры-
тие Менделеева как «великий научный подвиг».
Таблица /Менделеева стала настольным пособием
всех химиков, физиков, геологов. С ее помощью
стали искать новые элементы и не наугад, а зара-
нее зная не только их свойства, но даже горные
породы, в которых они могут содержаться.
Закон Менделеева признали все. Его изучали,
применяли, постоянно убеждались в его непрелож-
ности. И вместе с тем — это был закон-загадка.
Почему свойства элементов повторяются с мате-
матической правильностью? В чем скрыта причина
периодичности?
132
Планетарная модель атома
Через 15 лет после опубликования закона Мен-
делеева, известный русский ученый и революционер
Н. А. Морозов указал, что причину периодичности
свойств элементов следует искать в числе электри-
ческих зарядов, заключенных в атоме. Это замеча-
тельное предвидение оправдалось только в начале
нашего столетия, когда ученые получили некоторое
представление об устройстве атома.
Атомы чрезвычайно малы. В пяти каплях воды
содержится атомов больше, чем капель в Черном
море. Чтобы напечатать в этой книге только одну
точку, был израсходован миллиард атомов угле-
рода, входящего в состав типографской краски.
Несмотря на столь незначительные размеры
атом имеет весьма сложное строение.
Первая разведка внутриатомного мира была
сделана в начале нашего века. Ученые старались
придумать модель атома, которая позволила бы на-
глядно представить его строение.
Самая первая из моделей атома была крайне
проста. Атом — это шарик заряженный положитель-
но, внутри которого, как семечки в огурце, распо-
ложены электроны,— утверждал автор этой гипоте-
зы. Однако были обнаружены явления, которые ни-
как не согласовались с такой моделью. Было най-
дено, что альфа-частица из радиоактивного веще-
ства, пролетая в воздухе, пронизывает сотни тысяч
атомов, почти не отклоняясь от своего пути. И толь-
ко изредка она резко меняет направление, как бы
натолкнувшись на что-то непроницаемое. Значит,
133
атом нельзя представлять себе как шарик, сплошь
заполненный веществом.
Вторая модель атома называется планетарной.
Еще в сороковых годах прошлого столетия про-
фессор М. Г. Павлов в своих лекциях по физике
утверждал, что строение вещества связано с электри-
ческими зарядами и что химические элементы имеют
строение, подобное, устройству солнечной системы.
Впоследствии эта забытая гипотеза была вос-
создана и разработана англичанином Резерфордом
и датчанином Бором. Их модель изображала атом
в виде крохотной планетной системы. В центре атома
находится маленькое, но массивное, положительно
заряженное ядро, представляющее собой «солнце»
атомного мира. Вокруг ядра, как планеты вокруг
Солнца, обращаются по своим орбитам электроны.
Планетарная модель атома больше похожа на
действительный атом, чем первая.
Однако, наряду с некоторым сходством в устрой-
стве атома и солнечной системы, между ними суще-
ствует большая разница.
В солнечной системе действует сила тяготения.
В атоме действуют иные силы. Ядро атома несет
положительный заряд, а электроны являются про-
стейшими отрицательными зарядами.
В солнечной системе планеты обращаются во-
круг Солнца почти в одной плоскости. В атоме
электроны вьются вокруг ядра по всем направле-
ниям, охватывая ядро со всех сторон.
Планеты не могут переходить с одной орбиты
па другую или, покинув солнечную систему, пере-
кочевывать в другие планетные системы. Элек-
троны же под влиянием внешнего воздействия —
134
ударов других частиц материи — могут перескаки-
вать с орбиты на орбиту и даже совсем, покидать
атом, превращаясь в «вольных путешественников,'».
Наконец, атом в 1022 раз меньше солнечной си-
стемы. Такая огромная разница в масштабах об-
условливает глубочайшие качественные различия
между солнечной системой и атомом. Механика
атома настолько отличается от механики больших
тел, что, в сущности, вообще нельзя говорить об
орбитах электронов. Мы можем только сказать,
что ядро атома окружено электронным облачком
или электронной оболочкой.
Электроны внутри оболочки размещены слоями,
на определенных расстояниях или уровнях от
ядра атома, и современная физика позволяет толь-
ко указать, сколько электронов находится в ка-
ждом слое электронной оболочки атома данного
элемента.
Следует, однако, сказать, что для наглядного
объяснения многих явлений можно все же пред-
ставлять атом в виде ядра, окруженного электро-
нами, движущимися по определенным орбитам.
Нужно только помнить, что в действительности
атом гораздо сложней такой упрощенной модели.
Устройство электронных оболочек
Самый простой и легкий из атомов — это атом
водорода. Водородный атом состоит из ядра, несу-
щего один положительный заряд1, и одного един-
1 То есть заряд по величине равный заряду электрона, но
ротивоположный по знаку.
133
етвенного электрона. Ядро атома водорода полу-
чило особое название — протон, что значит пер-
вичный.
Следующий за водородом в системе Менделеева
элемент — гелий. Ядро атома гелия примерно вчет-
веро тяжелее протона. Оно состоит из двух прото-
нов и двух частиц, которые почти равны прото-
нам по массе, но лишены электрического заряда.
Такие, не имеющие заряда, нейтральные частицы
названы нейтронами.
Вокруг ядра атома гелия движутся два элек-
трона.
Третью клеточку в таблице Менделеева зани-
мает щелочной металл литий. Вокруг его ядра
обращаются три электрона.
Элемент № 4 — бериллий. Его ядро содержит
четыре положительные заряда, и окружено оно
четырьмя электронами.
Если мы возьмем наугад какой-либо элемент из
середины менделеевской таблицы, то убедимся, что
этот порядок соблюдается везде. У элемента № 6—
углерода — 6 электронов. У азота — 7, у кислоро-
да— 8, у фтора — 9 и у неона—10. Номер эле-
мента в системе Менделеева, количество положи-
тельных зарядов в ядре и количество электронов
в оболочке всегда выражается одним и тем же чис-
лом. Например, олово: номер — 50, положительных
зарядов ядра — 50, электронов в оболочке — 50.
Вот это число, выражающее одновременно и
порядковый номер, и количество положительных
зарядов, и количество электронов, называется чис-
лом Менделеева.
Посмотрим теперь, как располагаются элек-
троны внутри электронных оболочек различных
атомов.
Единственный электрон водородного атома
обычно находится очень близко от ядра — на мини-
мальном расстоянии, которое возможно по законам
атомной механики. Принято называть этот низший
уровень первым.
В атоме существует еще несколько определен-
ных уровней, на которых могут находиться элек-
троны.
В атоме гелия на первом уровне два электрона.
Оказывается, что два электрона полностью запол-
няют первый уровень. Больше электронов на нем
поместиться не может.
Поэтому у лития два электрона занимают пер-
вый уровень, а третий электрон помещается уже на
втором уровне.
На втором уровне могут находиться восемь
электронов. Поэтому у следующих за литием семи
элементов электроны постепенно заполняют, как бы
«достраивают» свой второй уровень. У бериллия там
2 электрона, у бора — 3, у углерода — 4, у азота—5,
у кислорода — 6, у фтора — 7, у неона — 8.
У неона второй уровень заполнен,— больше на
нем свободной «жилплощади» нет. И одиннадцатый
элемент — натрий помещает свой одиннадцатый
электрон уже на третьем уровне.
Этим-то и объясняется то, что натрий и литий
но химическим свойствам так похожи друг на
друга. И у них обоих по одному электрону на
верхнем уровне, то есть во внешнем электронном
слое. Также сходны бериллий и магний — у них по
1ST
два электрона во внешнем слое, и углерод с крем-
нием,— у которых по четыре внешних элек-
трона и т. д.
Наконец у гелия, неона и аргона внешние слои
заполнены целиком — и эти элементы тоже сходны
между собой,— они ни в какие соединения не всту-
пают.
У более тяжелых атомов строение электронных
оболочек усложняется. Максимальное число элек-
тронов: на первом уровне — 2, на втором — 8, на
третьем—18, на четвертом — 32. Эти числа и оп-
ределяют постепенно усложняющуюся для более
тяжелых элементов периодичность системы Менде-
леева.
Движение свободных электронов
Движение электронов в атоме подчинено весьма
строгим законам, которые обусловлены характером
сил, действующих в атоме.
Ни один электрон не может забраться на чужой
«уровень» и быть девятым там, где полагается на-
ходиться восьмерым. Ни один электрон не может
занять место между слоями, так же, как человек
не может встать на лестнице между двумя сту-
пеньками.
Если электрон покидает свою орбиту и перехо-
дит на другую орбиту, то он делает это только
скачком, только сразу, а не постепенно. Всякое
перемещение электронов с одного уровня на другой
внутри атома может происходить исключительно
скачками и на целое число ступеней.
138
В некоторых случаях электроны могут не только
перескакивать с орбиты на орбиту, но и совсем по-
кидать атом. Такие «свободные» электроны ведут
самостоятельное существование, путешествуя в ме-
ждуатомном пространстве, а иногда и вообще да-
леко, на миллиарды километров, уходят от атомов.
Особенно «непоседливы» электроны атомов ме-
таллов, и причиной этого являются некоторые осо-
бенности строения металлов.
Атомы в металлах расположены очень тесно, их
оболочки почти соприкасаются. Внешние «погранич-
ные» электроны оказываются не только под воз-
действием положительного заряда атома-хозяина,
их почти с той же силой притягивают заряды ато-
мов-соседей. «Недостроенные» внешние слои ато-
мов металлов прочностью не отличаются — их внеш-
ние электроны пристают то к одному, то к другому
атому и кочуют в междуатомиых промежутках.
Внутри металла эти почти свободные электроны
образуют так называемый электронный газ. Сравне-
ние с газом оправдывается тем, что эти электроны
совершают беспорядочное «тепловое» движение и
мечутся между атомами металла примерно так же,
как мечутся молекулы обычного газа.
Существование в металле свободных Электре-
нов было доказано простым и остроумным опытом,
в котором кусок проволоки исполнял роль «трам-
вая», а электроны служили «пассажирами».
Известно, что когда вагоновожатый резко и
внезапно тормозит трамвай, то пассажиры, стоя-
щие в проходе, продолжают движение по инерции
и падают друг на друга.
139
Рис. 41. Когда кольцо
остановили, электроны по
инерции продолжали движе-
ние вперед, образуя элект-
рический ток и сопрово-
ждающее его магнитное
поле.
свою очередь магнитное
Два советских ученых,
академики Л. И. Мандель-
штам и Н. Д. Папалекси
сделали такой опыт. Они
с большой скоростью за-
вертели медное кольцо, а
затем его быстро остано-
вили, и тотчас чувстви-
тельные приборы отметили
возникновение в кольце
кратковременного электри-
ческого тока. Это — сво-
бодные электроны меди,
как пассажиры в трамвае,
продолжая движение по
инерции, ринулись вперед
и образовали электриче-
ский ток, создавший в
юле (рис. 41).
Черепашьим шагом
Электрический ток в проводах — это упорядо-
ченное движение электронов. Когда светит лам-
почка, то это не значит, что в ней пробегают имен-
но те электроны, которые пригнаны с электрической
станции.
Ток в городской сети — переменный, он меняет
свое направление 100 раз в секунду. Поэтому
в лампочке взад и вперед пробегают одни и те же
электроны, которые находились в металлическом
волоске лампочки тогда, когда она бездействовала.
140
А электрическая станция по сути дела служит
не поставщиком электронов, а только их толкачом.
Даже при постоянном токе, который течет в од-
ном направлении, электроны перемещаются из одно-
го участка провода в следующий очень медленно,
примерно со скоростью миллиметра в секунду, ча-
сто и того медленнее. Электроны в металле нетороп-
ливы — их движение по проводнику похоже на дви-
жение воды в трубе, забитой песком,— настолько
сильно им мешают атомы металла.
Конечно, возникает законное недоумение: теле-
графный сигнал, посланный из Москвы во Владиво-
сток на расстояние в 10 тысяч километров, прибы-
вает на станцию назначения через Узо долю се-
кунды, а электрон, посланный по проводу из
Москвы, достигнет Владивостока только через три-
ста с лишком лет. Проворством электроны в ме-
таллах не отличаются, но... почему же телеграммы
идут так быстро?
Скорость сигнала
Когда телеграфист в Москве нажимает на ключ,
то на концы проводов, находящихся в телеграфном
аппарате, от батареи подается напряжение, и в этот
момент по всей длине проводника от Москвы и до
ближайшей станции возникает электрическое поле.
Это поле распространяется очень быстро, почти со
скоростью света, то есть около 300 000 километров
в секунду.
Как приказ командующего приводит в движе-
ние сразу всю его армию, так и электрическое
141
ноле приводит в движение все электроны, находя-
щиеся в тысячекилометровом участке провода. Хотя
сами электроны движутся медленно, но зато всякие
изменения электрического поля распространяются
очень быстро, почти мгновенно. И через приемный
аппарат проходят не те электроны, какие посланы
из Москвы, а те, какие находились в приемном
аппарате до получения сигнала. Телеграфный сигнал
только привел их в движение. Следовательно,
телеграммы и телефонные разговоры передаются
по проводам не столько электронами, сколько коле-
баниями электрического поля, созданного в про-
водах.
Поворачивая выключатель или замыкая рубиль-
ник, мы тем самым даем толчок всем электронам
в проводах и как бы командуем им: «Ток! Марш
вперед!». И в то же мгновение все свободные элек-
троны металла, как солдаты по команде, делают
первый шаг и начинают свое медленное, неуклонно-
дружное движение вперед.
Так возникает в проводнике электрический ток.
Ток, теплота и свет
Однако движение электронов в проводнике
нельзя представить себе, как четкий размеренный
марш колонны солдат. Свободные электроны ме-
талла попрежнему сохраняют суетливость мошкары,
роящейся в вечерней прохладе летнего дня. Они
перескакивают от атома к атому, прыгают вправо
и влево, вверх и вниз, вперед и назад.
142
Разность потенциалов только отчасти упорядо-
чивает движение электронов, она хотя и понемногу,
но постоянно и непрерывно отклоняет, «гонит» сует-
ливый рой электронов в проводнике в ту сторону,
в какую направлены силы поля, то есть вдоль про-
водника.
Толчки, которые электроны щедро раздают ато-
мам, не остаются без последствий. Атомы металла
начинают сильней раскачиваться, их колебательные
движения становятся более размашистыми, увели-
чивается тепловое движение частиц, иначе говоря,
металл, из которого сделан провод, начинает нагре-
ваться.
Так движение электронов в проводнике — элек-
трическая энергия — преобразуется в колебательное
движение атомов — в тепловую энергию.
Но при движении потока электронов по провод-
нику не только может выделяться тепло.
Пока нагрев не очень велик, оболочки атомов
как бы пружинят, и атомы, столкнувшись, отскаки-
вают друг от друга, подобно мячикам. Чем темпе-
ратура выше, тем соударения становятся более рез-
кими, более энергичными.
Некоторые электроны из внешних слоев не вы-
держивают слишком сильных толчков, они выле-
тают из своих орбит и попадают на другие орбиты,
более удаленные от ядра.
Когда электрон поднялся на более высокий уро-
вень, атом, поглотивший энергию удара, приходит
в возбужденное состояние. Но такое состояние
длится недолго. Электрон снова соскакивает на
свой обычный уровень, а атом лишается избытка
энергии.
143
Р и с. 42 Схема уровней энергии
водородного атома. При переходе
электрона с какого-нибудь уровня
на другой, более низкий уровень,
атом испускает квант, соответст-
вующий излучению определенного
цвета.
14збыточная энергия атома не исчезает. Возвра-
щаясь в нормальное состояние, атом излучает не-
большую порцию света, которая называется свето-
вым квантом. Энер-
гия кванта в точно-
сти равна тому из-
бытку энергии, кото-
рого лишился атом.
Каждый «пры-
жок» электрона
«вниз», к ядру атома,
сопровождается из-
лучением кванта.
Кванты, выбрасы-
ваемые воз бу ж д ен -
ными атомами, раз-
личаются друг от
друга своими энер-
гиями.
Наш глаз спосо-
бен улавливать это
различие. Кванты ма-
лой энергии дают
ощущение красного
света. Несколько
большей энергией об-
ладают кванты оранжевого света. Еще больше энер-
гия квантов желтого, зеленого, голубого, синего и,
наконец, фиолетового света. Смесь этих квантов
в определенной пропорции дает ощущение белого
света (рис. 42).
Пока тело нагрето слабо, оно не светится: сила
толчков недостаточна для возбуждения атомов, и
144
тело не излучает даже квантов красного света. При
повышении температуры атомы прежде всего начнут
испускать кванты красного света, и мы тогда гово-
рим: тело нагрелось до красного каления.
Дальнейшее повышение температуры влечет за
собой излучение квантов большей энергии. 'Цвет
раскаленного предмета меняется. Он начинает све-
титься желтовато-золотистыми лучами, так называе-
мое соломенно-желтое каление, а при температуре
около 6000° свечение тела становится почти белым.
При таком нагреве тело испускает примерно такие
же световые кванты, что и Солнце. Температура
солнечной поверхности — 6000°.
Так движения электронов в оболочках атомов,
их «прыжки» с высоких уровней на более близкие
к ядру атома,— порождают свет.
Способы освобождения электронов
Само собой разумеется, что толчки, испытывае-
мые атомами при сильном нагреве, могут вызвать
не только прыжки электронов с уровня на уровень.
Достаточно энергичный толчок может выбросить
электрон ' на такое расстояние, что притяжение
ядра атома уже будет не в силах возвратить его
обратно.
Электрон, выбитый из оболочки атома, перестает
быть его «пленником». Электрон начинает самостоя-
тельно странствовать. Это странствование продол-
жается до тех пор, пока он не попадет «в плен»
к какому-либо другому атому.
Ю М. Ивановский	145
Нагревание заставляет некоторые электроны вы-
летать за пределы раскаленного вещества.
Еще в 1733 году ученые заметили, что воздух
вблизи раскаленного металла становится проводни-
ком электричества. С этим явлением ученые сталки-
вались постоянно, но объяснения ему не находили.
Слишком мало тогда знала наука об электричестве.
То же самое приходилось наблюдать во время
опытов с катодными трубками. Раскаленный катод
выбрасывает значительно больше электронов, чем
холодный.
Все эти наблюдения доказывают, что нагрева-
ние заставляет электроны двигаться быстрее,
а большая скорость и, следовательно, большая
энергия помогает им вылетать за пределы металла.
Раскаленный металл всегда окружен легким, неви-
димым облачком электронов.
Бегство электронов из нагретого тела получило
название термоэлектронного эффекта, или термо-
электронной эмиссии. Слово эмиссия означает —
выход, выпуск.
Электроны освобождаются из оболочек атомов
не только при воздействии высокой температуры.
Опытами Столетова доказано, что и свет освобо-
ждает электроны.
В приборе Столетова ультрафиолетовые лучи,
обрушиваясь на цинковый кружок, выбивали элек-
троны за пределы металла. Совершив воздушный
полет, они «приземлялись» на сетчатом электроде.
Это действие света на электроны получило на-
звание фотоэлектронной эмиссии или фотоэлектрон-
ного эффекта. Но эти термины употребляются срав-
146
нительно редко. Физик Казанского университета
профессор В. А. Ульянин, который исследовал
фотоэлектронную эмиссию одновременно со Столе-
товым, предложил другое, более короткое и простое
название — фотоэффект; оно и получило общее при-
знание.
Прибор Столетова, усовершенствованный дру-
гими физиками (рис. 43), называется теперь фото-
элементом.
Таким образом
люди научились осво-
бождать электроны
из невидимой крепо-
сти атома. Тем са-
мым был совершен
переворот, положив-
ший начало новой
эре в истории науки
и техники.
Было установле-
Р и с. 43. Схема фотоэлемента.
Свет, падая на поверхность фото-
катода, выбивает из нее электро-
ны, и в цепи прибора возникает
ток.
но, что электроны мо-
гут двигаться не
только по проводам
(там они движутся
очень медленно).
В предельно разре-
женных газах (в высоком вакууме) электроны при
определенных условиях развивают скорости, немно-
гим отличающиеся от скорости света.
Именно здесь они могут полностью проявить
свои замечательные свойства.
Управление движения электронов по проводам
дало человечеству телеграф, телефон, электриче-
10*
147
ские двигатели, электрическое освещение (лампами
накаливания).
Уменье использовать для практических целей
различных областей техники движения электронов в
разреженных газах составило новую эпоху в разви-
тии электротехники. Эту молодую отрасль электро-
техники назвали электронной техникой или элек-
троникой.
ГЛАВА ПЯТАЯ
СЛУЖБА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ
Недоумение Томаса Эдисона
Электрическую лампочку изобрел русский инже-
нер Александр Николаевич Лодыгин. Привилегию на
свое изобретение Лодыгин получил 11 июля 1874 го-
да, и в том же году Академия наук присудила ему
Ломоносовскую премию. Вскоре началось производ-
ство «русских лампочек», которые пользовались
большим спросом как в России, так и за границей.
В 1877 году лейтенант флота Хотинский, отпра-
вляясь в служебную командировку в Америку, за-
хватил с собой несколько лодыгинских лампочек.
Хотинский показал эти лампочки известному аме-
риканскому изобретателю Томасу Эдисону. Эдисон
быстро оценил все достоинства нового способа
освещения и принялся усовершенствовать русскую
электрическую лампочку.
Наиболее существенное изменение, какое пред-
приимчивый американец внес в устройство лам-
149.
почки, состояло в том, что он заменил короткий и
толстый угольный стерженек в лампочке Лодыгина
длинным и тонким, то есть сделал лампочку
с угольной нитью.
Пользуясь широкой рекламой, Эдисон беззастен-
чиво попытался выдать изобретение Лодыгина за
свое. В Америке, где не знали о «русских лампоч-
ках», Эдисону это удалось. В Европе необоснован-
ные претензии Эдисона встретили решительный от-
пор. Патентные бюро всех государств отказали
Эдисону в выдаче привилегий «на изобретение»,
предложив ему ограничиться привилегией «на усо-
вершенствование».
Французский электротехнический журнал, вы-
смеивая притязания американцев, писал: «Почему
бы не сказать уже, что и солнечный свет изобретен
в Америке?»
А. Н. Лодыгин, продолжая совершенствовать
лампочку, вскоре заменил угольную нить нитью из
тугоплавкого металла вольфрама, то есть создал
электрическую лампочку в ее современном виде.
Эдисон же в это время продолжал малоуспеш-
ные опыты с угольными нитями и никак не мог по-
нять, что с ними происходит. Его лампочки выхо-
дили из строя чрезвычайно быстро и необыкно-
венно странным образом. Угольная нить почему-то
перегорала как раз в том месте, где она соеди-
нялась с проволокой, ведущей к положительному
полюсу батареи или динамомашины. Даже на глаз
было отчетливо видно, что анодный конец нити на-
грет сильнее и светит ярче, чем катодный.
Значит, нить недоброкачественна, решил Эди-
сон, один ее конец тоньше и поэтому он перегорает
150
быстрее. Выла сделана идеально резная нить, я© и
она перегорела в том же самом месте. Тогда Эди-
сон стал менять местами проводники, ведущие
к лампочке от дина-
момашины. Он при-
соединял к положи-
тельному проводнику
то один конец нити
лампочки, то другой,
и во всех случаях
раскалялся и сильнее
светил именно тот
конец, который вел
к положительному
полюсу.
Причина гибели
лампочек заключа-
лась не в качестве
нити, а именно в раз-
нице между плюсом
и минусом. После не-
скольких лет беспо-
лезных исканий, Эди-
сон пришел к выво-
ду, что отрицатель-
ные электрические
заряды могут как бы
Рис. 44. Над раскаленной нитью
вьется облачко электронов. При-
бор показывает присутствие тока
между нитью и пластинкой.
«испаряться» или «улетучиваться» из раскаленной
нити электрической лампочки. На эту же мысль на-
водили и опыты с катодными трубками, в коюрых
раскаленный катод усиливал излучение.
Эдисон поместил внутри лампочки возле нити.
металлическую пластинку и вывел наружу про-
151
Волочку, прикрепленную к этой пластинке
(рис. 44).
Между проводником, подводящим в лампочку
ток, и проволочкой, припаянной к металлической
пластинке, Эдисон включил чувствительный гальва-
нометр. Когда лампочку зажгли — гальванометр
отметил присутствие тока. Это доказывало, что
электрические заряды действительно «улетучивают-
ся» или «испаряются» с раскаленной нити и пере-
летают на металлическую пластинку. По цепи, со-
стоящей из накаленной нити, металлической
пластинки и сильно разреженного пространства
между нитью и пластинкой, проходил электриче-
ский ток.
Так на опыте было доказано существование
термоэлектронного эффекта или термоэлектронной
эмиссии.
Однако до конца в этом явлении Эдисон не ра-
зобрался, и загадка преждевременной гибели лам-
почек раскрылась только 14 лет спустя, когда
«электронная теория» разъяснила, что именно про-
исходит в раскаленной нити лампочки.
Причина гибели лампочек
По раскаленной нити электрической лампочки
движутся электроны. Нить тонка. Путь для элек-
тронов затруднен: пробираясь между атомами,
электронам приходится преодолевать, большое со-
противление. Электроны энергично расталкивают
атомы. Колебания атомов достигают большого раз-
152
маха и силы, иначе говоря, температура волоска
подымается.
Электроны наружных оболочек атомов, под гра-
дом непрерывных и сильных толчков, мечутся с ор-
биты на орбиту. При каждом прыжке «вниз» они
испускают световые лучи. Все порции света, вы-
брошенные ‘ отдельными атомами, сливаются
в сплошной световой поток. Волосок лампочки ярко
светится.
При высокой температуре скорость электронов
очень значительна, и многие электроны вылетают
из нити. Однако нить, потеряв часть электронов,за-
ряжается положительно и притягивает электроны
обратно. Часть электронов возвращается в нить, но
на их место вылетают новые. Вокруг нити вьется
облачко электронов.
Нить присоединена к источнику тока. Приложен-
ная к ее концам разность потенциалов распреде-
лена вдоль всей нити, причем наиболее положитель-
ным оказывается, естественно, конец, соединенный
с плюсом источника тока. Это место сильнее всего
притягивает электроны, и значительная часть
электронов возвращается в нить именно здесь. По-
ложительный конец нити подвергается сильной
электронной бомбардировке. Сталкиваясь с атомами
материала нити, эти электроны отдают им свою
энергию и увеличивают размах колебания атомов,
то есть еще более повышают температуру.
Положительный конец нити перекаливается, ма-
териал нити в этом месте начинает испаряться, нить
«перегорает».
С переводом освещения на переменный ток этот
недостаток устранился. Переменный ток одинаково
153
разогревает оба конца нити, так как ее каждый
конец поочередно бывает и плюсом и минусом.
Лампочки, питаемые переменным током, служат
дольше.
Открытие новых лучей-невидимок
В конце 1895 года физик Конрад Рентген заин-
тересовался явлениями, происходящими в катодной
трубке. Ученому хотелось проверить сообщение его
современника Ленара о том, что катодные лучи мо-
гут выходить из трубки наружу и вызвать свечение
сернистого цинка, уранового стекла или платиново-
синеродистого бария, находящихся вне трубки. Все
эти вещества обладают способностью светиться, ког-
да на них падают невидимые ультрафиолетовые лучи.
Для своих опытов Ленар в 1894 году применял
катодную трубку особого устройства. В том месте,
где катодные лучи (электронный поток) ударяются
в стенку трубки, Ленар сделал окошко и закрыл
его тонкой алюминиевой фольгой. Алюминиевая
фольга достаточно прочна, чтобы при малом отвер-
стии выдержать давление наружного воздуха, и в
то же время в значительной степени прозрачна для
катодных лучей. Они проникают сквозь алюминий,
и их действие можно наблюдать в свободных усло-
виях — на «открытом воздухе».
Делая различные опыты, Ленар заметил, что
платиново-синеродистый барий начинает светиться,
если его поднести поближе к алюминиевому окош-
ку в катодной трубке.
Рентген собирался повторить опыт Ленара без
какой-либо определенной цели. Ученый приготовил
1S4
экран из куска картона, покрытого платиново-сине-
родистым барием, и склеил для катодной трубки
светонепроницаемый футляр из тонкого, но плот-
ного черного картона.
Футляр должен был поглощать все световые и
ультрафиолетовые лучи, какие только могут исхо-
дить из катодной трубки и мешать наблюдениям.
Закончив все приготовления, Рентген включил
ток высокого напряжения, удостоверился, что ка-
тодная трубка работает нормально, и закрыл ее
картонным футляром. После этого ему оставалось
погасить в лаборатории свет, затем нащупать впоть-
мах кусок картона, покрытый слоем платиново-сине-
родистого бария, поднести его к закрытому фольгой
окошечку и понаблюдать — появится ли зеленое све-
чение экрана.
Таков был предварительный план действий. Но
ход опыта изменил его. Рентген погасил свет и уви-
дел, что ему незачем шарить рукой по скамейке,
где лежал подготовленный экран. Этот экран сам
бросался в глаза,— он сверкал в темноте, испуская
зеленый свет.
Яркость свечения изумила ученого. Ведь экран
находился по меньшей мере в двух метрах от ка-
тодной трубки.
Несомненно, это были не слабенькие катодные
лучи, прорвавшиеся сквозь алюминий окошка,— гэ
гасли в воздухе уже на расстоянии нескольких сан-
тиметров от трубки.
И конечно, это были не ультрафиолетовые лу-
чи — для них даже обыкновенное стекло непро-
зрачно, а сквозь картон они и подавно проникнуть
не могут.
155
'1ут действуют новые, неизвестные науке лучи!
Видимо, в трубке возникло какое-то мощное из-
лучение, которое пронизывает всю комнату.
Источником их безусловно была катодная трубка .
под футляром. Рентген приблизил экран к катодной
трубке, свечение платиново-синеродистого бария
при этом усилилось, отодвинул экран — свечение
ослабело.
Лучи, не знающие преград
Во время этих опытов Рентген случайно повер-
нул экран, обратив его к трубке той стороной, кото-
рая не была покрыта платиново-синеродистым ба-
рием. К своему удивлению ученый увидел, что пла-
тиново-синеродистый барий сияет попрежнему.
Таинственное излучение свободно проникает не
только сквозь стенки футляра, по и сквозь картон
экрана.
Лучи не знают преград!
Ученый укрепил свой экран на штативе перед
футляром с катодной трубкой и начал серию опы-
тов. Он взял подвернувшийся под руку годовой
комплект какого-то журнала в переплете и загоро-
дил им катодную трубку. Однако экран продолжал
светиться. Том в тысячу страниц был для новых лу-
чей прозрачен.
Ученый брал листочки станиоля, стеклянные
линзы и призмы, куски алюминия, сургучные палоч-
ки, обрезки досок. И все эти материалы оказыва-
лись либо совсем прозрачными для новых лучей,
либо отбрасывали на экран бледную тень. Хуже
156
проходили лучи сквозь листовое Железо, медные
пластинки, свинцовое стекло или доски, окраш иные
свинцовыми белилами. Тяжелые металлы — золого,
платина и особенно свинец — оказались почти не-
проницаемы для нового вида лучей.
Перепробовав все, что нашлось в лаборатории,
Рентген поднес к экрану свою руку и увидел ее те-
невое изображение. Мышцы давали нежную, еле
заметную тень, кости обозначались более резко,
а золотое кольцо на пальце отбросило на экран
густо-черную полоску.
Рентген понял, что он — первый в мире человек,
который видит свой собственный скелет, и может
наблюдать, как движутся кости* его руки, когда он
шевелит пальцами или сжимает их в кулак.
Рентген решил, что как только он окончит пер-
вые опыты и выяснит все особенности новых лучей,
то сообщение о них опубликует не в физическом
журнале, а в медицинском. Ведь новые лучи могут
стать неоценимо полезными для врачей, особенно
хирургов. Лучи покажут, где застряла пуля у ране-
ного, избавят его от мучительной боли при поисках
пули в ране зондом. Они выявят характер перелома
и покажут, как сместились сломанные кости. Лучи
позволят наблюдать деятельность внутренних орга-
нов. Благодаря новым лучам медицина сделается
зрячей!
В течение зимы 1895—1896 .года Рентген неуто-
мимо исследовал новый вид лучей. Он дал им на-
звание икс-лучи, то есть лучи неизвестные, подле-
жащие выяснению.
В своих дальнейших исследованиях Рентген
применил фотографию, так как оказалось, что
157
Рис. 45. Снимок хамелеона, сделанный рентгеновскими
лучами.
икс-лучи вызывают почернение фотографической
эмульсии.
Для фотографирования икс-лучами не требова-
лось фотоаппарата. Предмет клали на фотопла-
стинку, завернутую в черную бумагу, и подносили
к катодной трубке. Снимки в икс-лучах получались
не хуже обычных.
Непрозрачное становится прозрачным
Фотографирование с помощью икс-лучей — или,
как говорил Рентген, изготовление теневых кар-
тин — стало одним из любимых занятий ученого, и
он достиг в нем большого искусства. На фотогра-
фиях непрозрачные предметы получались прозрач-
ными. Рентген, например, сфотографировал в икс-
лучах охотничье ружье. На снимке отчетливо видно,
что левый ствол заряжен крупной дробью, а пра-
158
вый — пулей и что в металле ствола есть рако-
вина (рис. 46).
Главная задача, которую ученый поставил се-
бе,— было узнать, где возникают икс-лучи, какова
их природа?
Место возникновения лучей Рентген нашел без
особого труда. Загораживая отдельные части ка-
тодной трубки толстой свинцовой пластинкой, он
установил, что икс-лучи исходят из зеленого пятна
в стекле трубки, то есть из того места, куда падает
катодный луч.
Для проверки своего наблюдения Рентген взял
сильный магнит и поднес его к трубке. Повинуясь
магниту, катодный луч отклонился в сторону, зеле-
ное светящееся пятно тоже переместилось, а вместе
с ним передвинулся и тот участок, из которого
исходили икс-лучи. Следовательнб, икс-лучи возни-
кают именно в стекле трубки, и причиной их обра-
Р и с. 46. Рентгеновский снимок охотничьего ружья.
159
зования служит воз-
действие катодных
<J---лучей на стекло.
Убедившись в
\	Д этом, Рентген внес
усовершенствование
в катодную труоку.
Рис. 47. Схема рентгеновской труб-®нУтРи трубки на^пу-
ки — видны катод и антикатод. ТИ КЗТОДНЫХ лучей ОН
поместил металличе-
скую пластинку, ко-
торую теперь называют антикатодом. Катодные лучи,
ударяясь о пластинку антикатода, вызывали появле-
ние икс-лучей. Металл оказался для этой цели бо-
лее подходящим материалом, чем стекло, и катод-
ная трубка стала более мощной. Катодную трубку,
предназначенную для получения икс-лучей, назвали
рентгеновской трубкой (рис. 47).
Рентген установил, что проникающая способ-
ность (или как ее называют — жесткость) икс-лу-
чей зависит от напряжения тока, подведенного
к трубке; чем больше разность потенциалов в рент-
геновской трубке, тем «жестче» лучи. При малой
разности потенциалов икс-лучи получаются «мяг-
кие».. Такие лучи применяют для просвечивания че-
ловеческого тела, дерева, картона. Более «жест-
кие» лучи обладают способностью проникать
сквозь сталь и другие металлы.
Первую часть поставленной себе задачи Рентген
решил.
Чтобы выяснить природу икс-лучей Рентген при-
менил уже испытанный прием — он попробовал воз-
действовать на них сильным магнитом и электри-
160
ческим полем. Но ни магнит, ни электрическое поле
заметного действия на икс-лучи не оказали. Как
и световые лучи, икс-лучи магнитным или элек-
трическим полем не отклонялись.
Это доказывало, что икс-лучи, рожденные ка-
тодной трубкой, по своим свойствам резко отли-
чаются от катодных лучей, и, следовательно, их при-
рода — различна.
Вот и все, что узнал Рентген о своих лучах. Ка-
кова их природа, в чем причина их возникновения,
как они образуются — этого ученый не объяснил.
Он и не мог этого объяснить, потому что не.
признавал существования электрона, не хотел при-
нять новой прогрессивной электронной теории.
А между тем электронная теория делала успех за
успехом и легко смогла объяснить и причину пе-
рекала анодной части нити лампочки, смущавшего
Эдисона, и загадочную природу икс-лучей, не разга-
данную Рентгеном, и целый ряд других явлений.
Вредное становится полезным
Термоэлектронная эмиссия, губившая лампочки
Эдисона, оказалась не только вредным явлением.
Она была использована учеными во многих прибо-
рах и в том числе для усовершенствования рентге-
новских трубок. Вредное стало полезным.
В современной рентгеновской трубке катодом
служит короткая спираль из тугоплавкой вольфра-
мовой проволоки. Эта спираль накаливается
электрическим током напряжением в 8—12 вольт
и служит источником электронов.
И М. Ивановский
161
Р и с. 48. Рентгеноснимок ноги в бо-
тинке.
Электроны мас-
сами вылетают из
раскаленной про-
волоки, но образо-
вать вокруг нее
облака не могут: к
аноду рентгенов-
ской трубки при-
ложено высокое
напряжение — не
менее 50 000 вольт.
Гигантская раз-
ность потенциалов,
подобно урагану,
подхватывает вы-
летевшие электро-
ны от катода и стремительно уносит их к аноду.
Скорость полета электронов в рентгеновской
трубке достигает 200 000 километров в секунду
и более, тогда как скорость винтовочной пули со-
ставляет только 800 метров в секунду. Пуля при
ее сравнительно небольшой скорости, ударив-
шись о броню, расплавляется. В момент уда-
ра энергия движения пули преобразуется в теп-
лоту.
В момент удара электрона о поверхность анода
или антикатода энергия его движения также преоб-
разуется. Часть ее тратится на то, чтобы раскачать
атомы металла анода (анод сильно нагревается, и
его приходится охлаждать проточной водой), часть
же энергии электронов преобразуется в энергию
квантов нового мощного излучения — получаются
рентгеновские лучи.
162
Тут происходит явление, несколько напоминаю-
щее то, что происходит в оболочке атома, когда
образуются кванты видимого света. Каждый «пры-
жок» электрона в оболочке атома с более высокого
уровня на более низкий рождает квант света. При-
чем энергия кванта в точности равна энергии, по-
терянной атомом при одном «прыжке» электрона.
В рентгеновской трубке электроны совершают
гораздо большие прыжки — они перелетают с ка-
тода на анод. По дороге электроны сильно разго-
няются в электрическом поле и при ударе теряют
большую энергию.
Чем большую разность потенциалов проходит
электрон, тем большую скорость он приобретает и
тем больше энергии теряет при ударе, а следова-
тельно, тем больше энергия излучаемых рентгенов-
ских квантов.
В современных рентгеновских аппаратах приме-
няется напряжение от 50 тысяч и до двух миллио-
нов вольт. При этом возникают такие жесткие лучи,
что с их помощью фотографируют внутреннее строе-
ние очень крупных металлических изделий: валов
машин, стенок паровых котлов и т. д.
В приборах, созданных советскими учеными Тер-
лецким и Векслером, удается разгонять электроны
до скоростей, приближающихся к скорости света!
Ударяясь об анод, такие электроны рождаю г
лучи, которые превосходят по своей проницающей
способности даже гамма-лучи, образующиеся в ато-
мах радиоактивных элементов при их распаде. Мощ-
ные советские рентгеновские аппараты превратились
в приборы для получения и использования гамма-из-
лучения.
11*
163
Искусственные гамма-лучи дают возможность
просвечивать слои тяжелых металлов большой тол-
щины.
Эта победа советской науки показывает, как уче-
ные, проникая в сущность явлений, научаются
управлять ими и использовать их для практических
целей.
Применение рентгеновских лучей
Первый рентгеновский аппарат в России по-
строил в 1896 году Александр Степанович Попов
для кронштадтского госпиталя.
К настоящему времени рентгеновские аппараты
и приемы работы с ними достигли большого совер-
шенства. В Советском Союзе есть несколько заво-
дов, изготовляющих рентгеновские аппараты и фо-
томатериалы для них. Созданы мощные рентгенов-
ские установки для сложных исследований и лег-
кие переносные приборы, которые умещаются в двух
небольших чемоданах.
В нашей стране, где осуществлено бесплатное
медицинское обслуживание населения, рентгенов-
ская аппаратура широко применяется в поликлини-
ках, больницах и санаториях. В случае надобности
рентгеновские аппараты доставляют к больному на
дом.
Рентгеновские лучи пригодились в медицине не
только для просвечивания. Они оказались также
хорошим лечебным средством и помогают врачам
бороться со злокачественными опухолями и другими
тяжелыми недугами.
164
Широкое применение нашли рентгеновские аппа-
раты в советской промышленности. Их устанавли-
вают в цехах, в заводских лабораториях, с их по-
мощью проверяют качество изделий. Скрытые тре-
щины, внутренние пороки, раковины, совершенно
незаметные при наружном осмотре, не могут
укрыться от проницательного взора инженера-
рентгенографа.
Огромную пользу принесли рентгеновские лучи
науке. Они позволили ученым проникнуть взглядом
в такие тайники природы, о которых физики прош-
лого столетия не могли даже мечтать.
Например, издавна было известно, что алмаз,
уголь и графит состоят из одного и того же хими-
ческого элемента — углерода. По своему химиче-
скому составу алмаз от графита решительно ничем
не отличается. Но как непохожи они друг на друга!
Алмаз — самый твердый из минералов, он легко ре-
жет стекло. Графит—один из самых мягких мине-
ралов, его без труда можно растереть пальцами.
Алмаз блестящ и прозрачен, графит черен и непро-
зрачен. Оба вещества построены из одних и тех же
атомов, а разница между ними огромная.
Таких химических элементов, которые могут
образовывать разные вещества, известно несколько:
фосфор бывает стекловидным — желтым и крас-
ным — почти металлическим; сурьма иногда имеет
вид твердого серебристо-белого металла, а ино-
гда — желтой хрупкой массы.
До последних лет никто не мог сказать, почему
так резко отличается алмаз от графита или желтый
фосфор от красного.
Причину такого различия удалось разгадать
с помощью рентгеновских лучей,— ими начали
исследовать строение кристаллов.
Разведка в мире атомов
Вдумчивых людей давно интересовала причина
удивительного постоянства формы кристаллов. По-
Рис. 49. Расположение атомов
в кристалле поваренной соли.
варенная соль всегда
кристаллизуется в виде
кубиков. Горный хру-
сталь имеет форму ше-
стигранных столбиков,
сера — иголочек, а сне-
жинки — шестиуголь-
ных пластинок, кото-
рые, сцепляясь между
собой, образуют краси-
вые шестилучевые звез-
дочки.
Геометрически пра-
вильная форма кристал-
лов наводила на мысль,
что атомы и молекулы вещества располагаются
в кристаллах в строгом порядке. Кристаллы — это
своеобразные архитектурные сооружения, в которых
каждый атом занимает свое место (рис. 49).
Рентгеновские лучи позволили проверить и под-
твердить эту догадку.
На кристалл сернистого цинка направили узкий
пучок рентгеновских лучей, а позади кристалла на
некотором расстоянии поставили фотографическую
пластинку (рис. 50).
166
Если бы вещество в кристаллах было не ажур-
ным, а сплошным, то и тень кристаллов получилась
бы сплошной, равномерно серой. Однако изображе-
ние кристалла на рентгеноснимке получилось не
однообразным.
Рис. 50. Схема прибора для просвечи-
вания кристаллов.
В центре изображения темнело круглое пятно
с расплывчатыми краями. Оно было образовано
теми лучами, которые прошли сквозь кристалл прямо,
не меняя своего направления. Вокруг центрального
пятна виднелись весьма сложные узоры, составлен-
ные из маленьких черных точек. Эти точки распо-
лагались дугами, которые причудливо перекрещива-
лись и переплетались между собой.
Глядя на какое-нибудь здание, нельзя предста-
вить себе, как расположены внутри него перего-
родки, комнаты, проходы, коридоры. Точно также,
глядя снаружи на кристалл, нельзя догадаться, как
он «распланирован» внутри.
Для рентгеновских лучей кристаллы прозрачны.
Пронизывая кристалл, рентгеновский луч встречает
16Г
на своем пути слои и ряды атомов, образующих как
бы внутренние перегородки. Отражаясь от этих пе-
регородок, луч изменяет свой путь, отклоняется в
сторону и, покидая кристалл, он запечатлевает на
пластинке все особенности внутреннего строения
кристалла.
Правильное симметричное расположение пят-
нышек и точек на снимке доказывало, что атомы
в кристалле размещены не в беспорядке, они обра-
зуют, как говорят физики, пространственную решет-
ку. Расстояние между атомами и их расположение
в кристалле подчинены определенным и строгим
законами, обусловленным природными особенностями
атомов, образующих кристалл, и их связью между
собой.
Рис. 51. Расположение атомов углерода в
алмазе (слева) и в графите (справа).
Рентгенограмма кристалла — это донесение раз-
ведчика, побывавшего в мире атомов.
В 1913 году, по узорам, обозначавшимся на
фотопластинке, московский профессор Ю. В. Вульф
расшифровал особенности внутреннего строения не-
168
которых кристаллов, установил расположение ато-
мов в частицах вещества и научился по рентгено-
снимку определять, какие именно атомы входят
в состав того или иного химического соединения
или сплава.
Удивительная разница между алмазом и графи-
том получила простое объяснение. Эти два вещества
имеют различное строение. В алмазе атомы угле-
рода размещены тесней, чем в графите, располо-
жены они по углам трехгранных пирамид и крепко
спаяны друг с другом. В графите атомы размещены
просторнее и расположены слоями (рис. 51).
Итак, электрон, покоренный человеком, стал
нести службу в рентгеновских трубках. Ударяясь со
всего разгона об анод, теряя скорость, он излучает
рентгеновский квант, обладающий большой энер-
гией.
Рентгеновские лучи помогают борьбе за здо-
ровье и жизнь человека.
Они сделали наши глаза настолько зоркими, что
позволили человеку проникнуть взглядом в мир ато-
мов, помогли разгадать строение вещества.
Невидимое стало видимым, непрозрачное — про-
зрачным.
Это был лишь первый шаг новой отрасли элек-
тротехники — электроники.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
САМЫЙ БЫСТРЫЙ ВЕСТНИК
Упрямство швейной иголки
В 1826 году физик Феликс Савар делал опыты
с намагничиванием стальных швейных иголок при
электрических разрядах. Но иголки почему-то вели
себя странно, проявляя непонятное непостоянство.
Предшественники Савара много раз произво-
дили подобные опыты. Но, намагничивая иголки,
эти ученые не интересовались, где у иголок полу-
чается северный полюс, а где — южный. Намагни-
тились, и ладно! Савар же хотел найти способ на-
магничивать иглы так, чтобы их концы принимали
заранее заданную полярность.
Савар намотал на картонную трубку несколько
десятков витков медной проволоки, приготовил
большую лейденскую банку и запасся иголками.
Одну иголку он положил внутрь катушки, запомнив,
что острие иголки высовывается с левой стороны.
Затем ученый зарядил от своей электрической
170
машины лейденскую банку и записал: «Внешняя
обкладка лейденской банки приобрела положитель-
ный заряд, а внутренняя — отрицательный».
Протягивая проводники от катушки к лейденской
банке, Савар также отметил в своем журнале, что
провод от левого конца катушки (из которого вы-
глядывало острие иголки) будет присоединен
к обкладке с положительным зарядом.
«Теперь,— рассуждал Савар,— когда лейденская
банка разрядится через катушку, я буду знать, как
сказалось расположение зарядов в лейденской бан-
ке на расположении полюсов намагнитившейся
иголки».
Закончив все приготовления, он поднес провода
к лейденской банке. Сверкнула искра. Лейденская
банка разрядилась. Иголка намагнитилась: острый
конец стал северным полюсом, ушко—-южным.
«Следовательно,— сделал вывод Савар,— поло-
жительный заряд создает северный полюс магнита,
а отрицательный — южный. Но для проверки опыт
надо повторить».
Савар проделал все в прежнем порядке: внеш-
ней обкладке лейденской банки сообщил положи-
тельный заряд, а иголку вложил в катушку так,
чтобы ее острие торчало слева, и присоединил про-
вода к лейденской банке. Сверкнула искра, иголка
намагнитилась, но теперь острие стало южным по-
люсом, а ушко — северным.
Физик заподозрил какую-то ошибку и начал
опыт с третьей иголкой. Он снова сделал все в точ-
ности так, как и в первый раз, присоединил про-
вода к лейденской банке, и... острие стало север-
ным полюсом.
171
Ученый п®^торял опыт множество раз. Условия
опыта были одинаковы, а результат менялся совер-
шенно беспорядочно.
Савар менял заряды на обкладках лейденской
банки, менял местами, концы проводников, вклады-
вал иголки справа и слева, заменял иголки кусоч-
ками стальной проволоки, словом, испробовал
все, но иголки намагничивались, как им «хотелось»,
и научный опыт превращался в нелепую игру.
Только замена лейденской банки батареей делала
иголки совершенно послушными.
К опыту с упрямой иголкой Савар возвращался
несколько раз. Он старался разгадать, почему
иголки под действием электрического разряда лей-
денской банки намагничиваются то так, то иначе,
а под действием тока от батареи разнобоя не полу-
чается. Пропуская по катушке ток от батареи,
всегда можно наперед сказать, как намагнитится
любой конец иглы. Значит, разряд лейденской банки
чем -то отличается от разряда батареи, но чем—тогда
было неизвестно.
Разгадка странного явления была найдена
mhoi о лет спустя, лишь во второй половине XIX сто-
летия.
Особенности колебательного разряда
В любом современном радиоприемнике можно
найти проволочную катушку, соединенную с конден-
сатором, то есть тот самый прибор, с помощью ко-
торого Савар намагничивал иголки разрядом лей-
денской банки. Оказывается, что пользуясь прием-
172
ником, мы слышим радиопередачу в силу той самой
причины, какая мешала Савару выполнить задуман-
ное им исследование.
Электрические явления, совершающиеся в ка-
тушке, которая присоединена к конденсатору,
весьма своеобразны.
Отрицательно заряженная обкладка конденса-
тора представляет собой как бы вокзальный зал
ожидания, в котором толпятся вечные странники —
электроны, ожидающие, когда им разрешат отпра-
виться в путь.
Положительный заряд противоположной пла-
стины конденсатора притягивает к себе электроны,
но попасть туда они не могут — мешает перегород-
ка-диэлектрик, и они скучиваются у ее поверхности.
Но вот к обкладкам конденсатора присоединили
концы проводников от проволочной катушки. Для
электронов образовался проход в другую обкладку.
В проводе, который намотан на катушку, возникло
электрическое поле. Оно привело в движение все
электроны, находившиеся в катушке. Они сорвались
с места и устремились в катушку.
И вот тут-то происходит нечто неожиданное,
пробег по виткам катушки для электронов оказы-
вается далеко не таким простым делом, как этого
можно было ожидать.
В тот момент, когда конденсатор начинает раз-
ряжаться, электрический ток в катушке возникает
не сразу, не мгновенно. Ему мешает-самоиндукция.
Току приходится преодолевать ее сопротивление, и
он нарастает постепенно, словно берет разбег.
Достигнув наибольшей силы, ток начинает осла-
бевать. «Передовые отряды» электронов добрались
173
Рис. 52. Самоин-
дукция катушки
загоняет электро-
ны поочередно то
в одну обкладку
конденсатора, то в
другую — получает-
ся колебательный
разряд.
до противоположной обкладки
конденсатора, заряды обеих пла-
стин выравнялись и, казалось бы,
на этом разряд должен оборвать-
ся. Но нет! Тут опять вмешивается
самоиндукция. Магнитное поле
катушки вместе с током достигает
наибольшей напряженности, и оно
не может исчезнуть внезапно и
бесследно.
Ослабевая вместе с током,
магнитное поле создает вдоль про-
волоки электрическое поле, кото-
рое продолжает гнать электроны
в уже зарядившуюся обкладку.
Ток, постепенно возраставший, и
ослабевает тоже постепенно, за-
ставляя электроны в избытке скап-
ливаться на той обкладке, кото-
рая раньше была заряжена поло-
жительно.
Конденсатор не просто разря-
жается, а перезаряжается. Поло-
жительно заряженная обкладка становится отрица-
тельной, отрицательно заряженная — положитель-
ной; в конденсаторе вновь образуется электрическое
поле обратного направления.
Разряд утихает, но только на одно мгновение.
Электроны, увлекаемые электрическим полем уже
в обратном направлении, опять устремляются через
катушку в положительно заряженную обкладку, и
все происходит в прежнем порядке. Самоиндукция
сначала тормозит бег электронов, потом ускоряет его
174
и загоняет их в другую обкладку. Обкладки сноба
меняются знаками, а затем все начинается сначала.
Электроны носятся взад и вперед, от одной обклад-
ки конденсатора до другой, как на качелях (рис. 52).
Катушка, присоединенная к конденсатору, под-
держивающая своим магнитным полем это колеба-
тельное движение, получила название катушки са-
моиндукции.
Контур — электрический маятник
Теперь должно быть понятно, почему Савару не
удавалось намагничивать иголки так, как он рассчи-
тывал. Электроны, пробегая в одном направлении,
намагничивали иголку, а пробегая обратно — пере-
магничивали ее. Угадать, в каком направлении они
пробегут в последний раз, перед разрывом цепи
в искровом промежутке, невозможно.
Разряд конденсатора не создает тока, текущего
в одном направлении, как от гальванической бата-
реи. В этом случае возникает колебательный раз-
ряд, в котором электроны быстро меняют направ-
ление своего движения, то есть образуют не по-
стоянный, а переменный ток, который постепенно
угасает, вследствие сопротивления проводника.
Прибор, состоящий из конденсатора и катушки
самоиндукции, называется колебательным контуром
(рис. 53).
Колебательный контур представляет собой не что
иное, как электрический маятник. Каждый маятник
совершает определенное число качаний в секунду.
175
Р и с. 53. Колебательный контур,
составленный из катушки самоин-
дукции и конденсатора перемен-
ной емкости; рядом условное
обозначение контура.
Частота качаний
маятника зависит от
его длины. Чем коро-
че маятник, тем бы-
стрее он качается.
Электрические ко-
лебания в контуре
тоже совершаются со
своей определенной
частотой, которая за-
висит от величины
самоиндукции катушки и емкости конденсатора,
составляющих колебательный контур. Чем меньше
самоиндукция катушки и чем меньше емкость
конденсатора, тем быстрее протекает его переза-
рядка и тем больше частота колебаний тока в ка-
тушке.
Значит, для возбуждения очень быстрых, вернее,
частых электрических колебаний следует иметь ма-
ленький конденсатор и небольшую катушку из
1—2 витков проволоки.
На заре радиотехники, когда в приемных и пере-
дающих радиостанциях использовались сравни-
тельно медленные (редкие) колебания, приходилось
применять огромные катушки и «пудовые» конден-
саторы. Такие «первобытные» приемники весили по
16—20 килограммов.
Изменяя длину маятника, можно изменить ча-
стоту (период) его качаний; в этом нетрудно убе-
диться — стоит удлинить маятник часов-ходиков, он
начнет качаться реже, а часы будут отставать.
Точно так же, изменяя самоиндукцию катушки
или емкость конденсатора, можно по желанию уве-
176
личивать и уменьшать частоту колебаний в контуре,
то есть настраивать его на ту частоту, какая
нужна.
Чтобы привести маятник в движение, не тре-
буется большого усилия, достаточно толкнуть его, и
он начнет качаться. Но заставить маятник совер-
шать вынужденные колебания, то есть раскачивать-
ся чаще или реже, чем ему свойственно, весьма
трудно. В этом случае приходится раскачивать его,
не выпуская из рук. •
И электрический маятник тоже легко восприни-
мает колебания, происходящие с его собственной
частотой, но остается почти нечувствителен ко всем
остальным колебаниям.
Колебания обычного маятника, если его не под-
талкивать, постепенно затихают, потому что энер-
гия, полученная от толчка, расходуется на преодоле-
ние сопротивления воздуха и на трение в точке под-
веса.
И в электрическом маятнике колебания зату-
хают, потому что электронам приходится преодоле-
вать сопротивление проводника. Но, кроме того,
в колебательном контуре есть еще одна важная
статья расхода энергии: излучение — создание
в окружающем пространстве меняющихся электри-
ческого и магнитного полей — так называемых
электромагнитных волн, бегущих от колебательного
контура во все стороны и уносящих энергию его
колебаний.
Сопротивление проводников и потери энергии на
излучение приводят к тому, что электрические
колебания в контуре быстро прекращаются.
12 М. Ивановский
177
Именно за «чет энергии, тратящейся на излуче-
ние, осуществляется передача радиосигналов.
Электромагнитные волны, встречая на своем
пути проводники, вызывают в них движение элек-
тронов. С этого начинается прием сигналов — радио-
прием.
Открытый колебательный контур
В приемнике потери энергии на излучение вред-
ны, поэтому конструкторы делают катушки самоин-
дукции и конденсаторы так, чтобы эти потери были
наименьшими.
Зато в передатчике радиоволн нужен колеба-
тельный контур, который должен как можно боль-
ше излучать энергии — создавать мощные электро-
магнитные волны. Ведь главная задача передат-
чика — это посылать энергию приемникам. Поэтому
и устройство передающего контура должно отли-
чаться от устройства приемного контура.
Заряд образует вокруг себя электрическое поле;
движущийся заряд создает кроме того еще и маг-
нитное поле.
Электроны, колеблющиеся в контуре, порождают
одновременно и электрическое и магнитное поля.
Эти поля зависят друг от друга. Они неразрывно
связаны друг с другом. Поэтому их обычно объеди-
няют под одним названием: электромагнитное поле.
В контуре, состоящем из обыкновенного конден-
сатора и катушки, оба поля почти полностью за-
ключены в промежутке между обкладками кон-
денсатора и внутри катушки. Во внешнее простран-
178
Рис. 54. Три вида колебательных контуров: закрытый, полу-
открытый и открытый, иначе называемый антенной.
ство они почти не распространяются. Такой контур
подобен фонарю, у которого светильник заслонен
со всех сторон крышками. Его излучение ничтожно
мало. Чтобы фонарь стал светить, а контур излу-
чать,— их надо раскрыть: раздвинуть и развести
в стороны обкладки конденсатора, заменить ка-
тушку длинным и прямым проводником.
Вокруг открытого контура образуется электро-
магнитное поле, которое распространяется во все
стороны и, постепенно ослабевая, уходит в беско-
нечность (рис. 54).
Когда рыба клюет и подергивает поплавок, от
поплавка по поверхности воды концентрическими
кругами разбегаются волны; когда колеблются
стенки колокола или ножки камертона, от них в воз-
духе во все стороны распространяются звуковые
волны. Точно также каждое колебание в кон-
туре вызывает соответствующие колебания (волны)
в электромагнитном поле. Однако надо помнить,
что эти электромагнитные волны представляют со-
бой колебания не частиц какого-то вещества,— воды
или воздуха, а колебания самого электромагнитного
12*	179
поля. Поэтому они могут распространяться не
только в воздухе, но и в безвоздушном простран-
стве. Скорость их распространения много больше
скорости распространения волн на поверхности
воды и звуковых волн. Радиоволны распростра-
няются со скоростью света, то есть около 300 000
километров в секунду.
Различные виды электромагнитных колебаний
отличаются друг от друга своей частотой, то есть
числом колебаний в секунду. От числа колебаний
в секунду зависит «длина волны», то есть расстоя-
ние, которое успевает пробежать волна за время од-
ного колебания. Чем больше частоты, тем короче вол-
на, и наоборот.
Длину волны любого вида излучения можно по-
лучить, разделив скорость его распространения на
число колебаний в секунду. Обычные радиоволны,
на которых передают концерты и информацию,
имеют длины от 400 метров до 1—2 километров.
Диктор ежедневно объявляет, на какой волне ве-
дется передача.
Наиболее жесткий вид излучения — гамма-
лучи имеют частоту, превышающую 3 • 10м коле-
баний в секунду, то есть свыше трехсот миллиардов
миллиардов. Длина волны гамма-лучей, следова-
тельно, измеряется миллионными долями микрона.
У остальных видов излучения длины волн боль-
ше: они образуют как бы лестницу со множеством
ступеней, на которой в порядке возрастания длины
волны располагаются рентгеновские и ультрафиоле-
товые лучи, лучи видимого света, инфракрасные
лучи, лучи открытые и изученные известным совет-
ским физиком А. А. Глагольевой-Аркадьевой, уль-
180
тракороткие радиоволны и, наконец, на последних,
нижних, ступенях этой лестницы находятся радио-
волны, применяемые широковещательными станция-
ми. В самом низу этой «лестницы» электрических
колебаний оказывается колебание звуковой ча-
стоты в телефонных проводах и наш городской
осветительный ток, он ведь тоже представляет со-
бой колебания электронов, совершающиеся всего
лишь 50 раз в секунду.
Существование электромагнитного излучения,
имеющего сравнительно небольшие частоты, было
доказано немецким физиком Генрихом Герцем.
Работа Герца была опубликована 10 декабря
1887 года. Основой исследований Герца послужили
труды Фарадея, продолженные другим замечатель-
ным ученым — Максвеллом. Все, что сделал Герц,
было предсказано теорией электромагнитных коле-
баний, которую математически разработал Макс-
велл. Герц выступил в науке как искусный строи-
тель, который воздвиг здание по чертежам, полу-
ченным от архитектора. Он на опыте обнаружил
явление, ранее предсказанное теорией. Но практиче-
ского применения своему открытию Герц не нашел.
Великое русское изобретение
Огромное значение радиоволн понял и по-настоя-
щему оценил русский ученый, преподаватель фи-
зики Минных офицерских классов в Кронштадте —
Александр Степанович Попов.
Мысль об использовании радиоволн для телегра-
фирования без проводов зародилась у А. С. Попова
181
еще в 1891 году. Четыре года ушле на обдумыва-
ние изобретения и на первые опыты.
7 мая 1895 года, на заседании Русского фи-
зико-химического общества, А. С. Попов сделал до-
клад о своем изобретении и тут же показал присут-
ствовавшим ученым
первый в мире прием-
ник электромагнит-
ных волн. Попов на-
звал прибор «грозо-
отметчиком», так как
он улавливал «сиг-
налы гроз», то есть
принимал электро-
магнитные колеба-
ния, рожденные мол-
нией (рис. 55).
Свой историче-
ский доклад А. С. По-
пов закончил вещими
Р и с. 55. Первый в мире радио-
приемник — «грозоотметчик»
А. С. Попова.
словами: «В заключение могу выразить надежду,
что мой прибор при дальнейшем усовершенствова-
нии его может быть применен к передаче сигналов
на расстояние при помощи быстрых электрических
колебаний».
В память этого события мы отмечаем ежегодно
7 мая как «День радио».
И вскоре — менее чем через год — 24 марта
1896 года А. С. Попов демонстрировал новые радио-
приборы — передатчик и приемник. Передатчик был
установлен в другом здании, на расстоянии пример-
но 250 метров от приемника. У передатчика нахо-
Рис. 56. Антенна радиостанции
А. С. Попова.
дился верный и бессменный помощник Попова —
П. Н. Рыбкин, у приемника — сам Попов.
В глубоком молчании, охваченные волнением,
прислушивались ученые к тихому постукиванию
приемного аппарата, из которого ползла узкая теле-
графная лента.
Расшифровывая точки и тире, старейший из при-
сутствующих, русский физик Ф. Ф. Петрушевский,
писал мелом на доске текст первой в мире радио-
граммы- Она состояла только из двух слов:
183
Генрих Герц»,— это была дань уважении выдающе-
муся ученому.
Летом 1897 года А. С. Попов, мечтавший внед-
рить свое изобретение на флоте, испытывал радио-
аппаратуру в открытом море. Радиостанции
были установлены на
_______________ ________ , кораблях Учебно-
х  ГТ минного отряда, и
	.Г.	—-'А. С. Попов, совме-
’*-------------------------------	стно pj j_j рыбКИ_
----ТГ.Г	ным, успешно пере-
—-------.	давал на расстояние
---------------- ~ ’ — около 5 километров
~—Г"	донесения о ходе
Рис. 57. Текст радиограммы о У^бных стрельб.
спасении рыбаков.	Два года спустя
радио доказало, что
оно является могущественным и незаменимым сред-
ством связи. Глубокой осенью 1899 года возле
острова Готланд сел на подводные камни бронено-
сец «Генерал-адмирал Апраксин». Для руководства
спасательными работами требовалась надежная
связь, и А. С. Попову было предложено соорудить
на острове Гогланде и в Котке две радиостанции
(рис. 56).
24 января 1900 года первая в мире линия радио- .
связи начала действовать на расстоянии в 47 кило-
метров. Первая радиограмма, полученная на Гог-
ланде, гласила: «Командиру «Ермака». Около Ла-
вен-Сари оторвало льдину с рыбаками. Окажите
помощь».
«Ермак» вышел в море и на следующий день
цернулся, доставив на берег 27 спасенных им ры-
184
баков. Великое русское изобретение сразу же яо-
могло спасти человеческие жизни. Этот факт был
особо отмечен на Международной электротехниче-
ской конференции 1900 года.
А. С. Попов не переставал совершенствовать
беспроволочный телеграф и в результате создал
простой и удобный радиоприемник.
Иностранные фирмы предложили Попову пере-
ехать в Америку и работать там. Но он ответил им:
«Я — русский человек, и все свои знания, весь свой
труд, все свои достижения я имею право отдавать
только моей Родине. Я горд тем, что родился рус-
ским. И если не современники, то, может быть, по-
томки наши поймут, сколь велика моя преданность
нашей Родине и как счастлив я, что не за рубежом,
а в России открыто новое средство связи».
С 1900 года аппаратами А. С. Попова стали
оснащать корабли русского флота. К этому времени
приборы Попова имели все части, хорошо известные
ныне каждому радиолюбителю: антенну, колеба-
тельный контур, составленный из проволочной ка-
тушки и конденсатора, детектор, телефон или теле-
графный аппарат и заземление.
Самые проворные почтальоны
Когда московская радиостанция транслирует
оперу из Большого театра, то каждый звук, раздав-
шийся на сцене, владивостокский радиолюбитель
в свои «наушники» (головной телефон) слышит
раньше, чем зритель, сидящий в зале театра. Это
185
объясняется тем, что скорость распространения ра-
диоволн почти в миллион раз превышает скорость
звука.
Пока звук долетит со сцены до середины зри-
тельного зала, радиоволны успевают обнести его
вокруг света. Это самые проворные в мире почталь-
оны. Они одинаково хорошо доставляют и отрыви-
стые сигналы поверки времени, и человеческую
речь, и пение, и музыку. Им можно поручить достав-
ку любого известия.
На радиопередающей станции это делается при-
мерно так: прибор, называемый генератором несу-
щей частоты, вырабатывает мощные высокочастот-
ные колебания. Каждое такое колебание ничем
одно от другого не отличается, все они одинаковы
и равномерны.
И вот эти-то равномерные колебания и служат
почтальонами — разносчиками радиосигналов по
всему свету. Они называются в радиотехнике несу-
щей частотой.
Несущая частота поступает в другой прибор, ко-
торый называется модулятором. В модуляторе
«почтальон» принимает «почту»,— одновременно
с несущей частотой в модулятор попадают электри-
ческие колебания от микрофона. Эти колебания
отличаются друг от друга и по силе и по частоте,
они неодинаковы, потому что в точности соответ-
ствуют тем звуковым колебаниям, которые были
восприняты микрофоном.
В модуляторе оба вида колебаний объединяются.
Звуковые колебания накладываются на колебания
высокой частоты, то усиливая, то уменьшая их
186
Рис. 58. На передающей радиостанции колебания звуковой
частоты накладываются на несущую частоту, и такие моду-
лированные колебания направляются в антенну.
интенсивность, они как бы отпечатываются на несу-
щей частоте.
Из модулятора высокочастотные, колебания вы-
ходят уже неодинаковыми. Энергия колебаний стано-
вится то больше, то меньше, так как она изме-
няется в точном соответствии с теми звуковыми ко-
лебаниями, которые были посланы в модулятор
микрофоном. Иначе говоря, высокая частота после
модулятора уже несет на себе колебания звуковой
частоты (рис. 58).
В таком виде модулированные колебания несу-
щей частоты поступают в антенны передающей
радиостанции, отсюда «почтальоны» в виде радио-
волн разлетаются по всему земному шару.
187
В мире радиоволн
Мы окружены сигналами всех радиостанций
мира. Радиоволны самых различных частот прони-
зывают стены наших домов, проникают в нас са-
мих, оставаясь совершенно незамеченными. Человек
в мире радиоволн, как слепой в светлой комнате.
Наши органы чувств не в состоянии их восприни-
мать. Даже стоя под мачтами радиовещательной
станции, нельзя услышать музыку или речь, кото-
рую в этот момент передают по радио.
Чтобы воспринимать сигналы радиостанции, нам
прежде всего нужна специальная сеть, которая
улавливала бы радиоизлучение, нужно «ухо», спо-
собное «слышать» эти сигналы.
Таким электрическим «ухом» служит антенна
радиоприемника. Она улавливает электромагнитные
колебания, излучаемые радиостанциями.
Но если бы радиослушатель вздумал слушать
все, что восприняла его антенна, то он, пожалуй,
ничего не услышал бы, кроме сплошного рева. Ведь
антенна принимает излучение всех радиостанций
мира, а слушать всех сразу — невозможно!
Для отсева ненужных колебаний служит колеба-
тельный контур, который обладает «своей», строго
определенной частотой колебаний. Изменяя самоин-
дукцию катушки или емкость конденсатора, можно
управлять по своему желанию частотой колебаний
контура, то есть настраивать его на избранную ча-
стоту и принимать сигналы только той радиостан-
ции, какую намечено слушать.
Колебательный контур, словно сито, просеивает
«улов» антенны,— в нем появляются только те ко-
188
Лебания, на которые ой настроей, все остальные бес-
препятственно уходят по проводу заземления
(рис. 59).

Рис. 59. Антенна приемной станции улавливает колебания,
излучаемые всеми радиостанциями мира. Колебательный
контур отбирает из них только те колебания, на которые он
настроен.
Но и эти колебания, которые отобрал для нас
контур, «непонятны» для нашего уха, оно не в со-
стоянии воспринимать электрические сигналы, и
чтобы их услышать нужен «переводчик».
Обязанности электрического переводчика испол-
няет детектор, что значит «обнаруживатель». Так
был назван при первых опытах А. С. Попова
189
прибор, служивший для обнаруживания сигналов
передатчика. Со временем детектор изменял и свое
устройство и назначение. Название «детектор» со-
хранилось, но' приобрело новый смысл. Детектиро-
вать — значит преобразовывать модулированный
переменный ток высокой частоты в ток низких зву-
ковых частот.
Рис. 60. Расположение частей детекторного радиоприемника
и его схематическое изображение.
Простейший детектор состоит из так называемо-
го «детектирующего» кристалла, чаще всего мине-
рала галена (сернистый свинец), и стальной спи-
190
ральки, касающейся своим острием одной из гра-
ней кристалла.
Кристалл в паре с металлическим острием рабо-
тает, как дверца мышеловки или как клапан насоса.
В одну сторону — проход электронам свободен,
назад — им дороги нет.
Электроны, проскочившие с острия в грань кри-
сталла, обратно уже не возвращаются. Им остается
только одно — идти к телефону.
Без детектора в цепи телефона шел бы перемен-
ный ток высокой частоты, с детектором характер
тока меняется, детектор словно разрубает колеба-
ния: ток проходит только в одном направлении
в виде отдельных толчков. Эти толчки образуют
так называемый пульсирующий ток (рис. 61).
В цепь детектора включен телефон. Телефон
преобразует недоступные непосредственно нашему
восприятию колебания силы тока в звуки.
Рис. 61. Детектор как бы «разрубает» колебания, преобразуя
переменный ток в пульсирующий постоянный, а блокировоч-
ный конденсатор сглаживает эти пульсации так, что в теле-
фон поступают только колебания звуковой частоты.
191
Однако телефон сам по себе с такой задачей
справиться не может. Он способен превращать
в звуки человеческой речи или в музыку только
колебания низкой звуковой частоты, ограниченные
пределами от 16 до 20 тысяч колебаний в секунду,
которые получаются после детектирования высокой
частоты.
Обмотка магнита в телефоне, благодаря самоин-
дукции, обладает огромным сопротивлением для
тока с частотой в сотни тысяч периодов в секунду.
Да и мембрана телефона слишком массивна, чтобы
колебаться с такой частотой. И, наконец, если бы
даже телефон мог воспроизвести такие колебания,
мы бы их не услышали. Мы слышим звук только
тогда, когда нашего уха достигают звуковые воз-
душные волны с частотой от 16 колебаний в секунду
до 20 000 колебаний в секунду.
Но при наличии детектора ток, хоть и толчками,
идет все же в одну сторону, и мембрана телефона
может теперь отклоняться под его воздействием.
Она прогибается то сильнее, то слабее, соответ-
ственно средней силе тока (средней силе толчков).
А так как сила толчков меняется со звуковой часто-
той, именно так, как был модулирован ток в радио-
передатчике, то телефон воспроизводит такие же ко-
лебания, которые воздействовали на микрофон пе-
редатчика. Из телефона несутся звуки речи или му-
зыки.
Для сглаживания толчков, происходящих с вы-
сокой частотой, иногда параллельно телефону вклю-
чают конденсатор небольшой емкости.
Конденсатор накапливает электрические заряды,
когда сила тока в цепи нарастает, и освобождает
192
их, когда сила тока падает. Это его основное на-
значение.
Ток через детектор проходит короткими отрыви-
стыми толчками,— электроны проскакивают стай-
ками. Когда в проводнике возникает электрический
толчок, часть электронов попадает в конденсатор,—
сила толчка ослабевает. Когда наступает промежу-
ток между толчками, конденсатор освобождает
электроны и их током заполняется промежуток
между толчками. Толчки тока выравниваются. Ток,
благодаря конденсатору, из пульсирующего стано-
вится волнистым, он плавно нарастает и также
плавно спадает со звуковой частотой (с частотой
модуляции). Телефон с конденсатором звучит
лучше, чем без него.
Электронная лампа
Кристаллический детектор, обслуживавший пер-
вые радиоприемники, обеспечивал очень чистое зву-
чание телефона, но отличался крайней неустойчи-
востью. Он работает только в том случае, когда
острие спиральки попадает на детектирующую точку
кристалла. При малейшем толчке пружинка вздра-
гивала, острие соскакивало с чувствительной точки,
слышимость пропадала. Поиски новой «точки» тре-
бовали некоторого времени, прием радиопередачи
с таким детектором был ненадежен.
Неустойчивая работа кристаллического детек-
тора заставила искать ему заместителя.
В настоящее время кристаллический детектор
применяется только в простейших любительских
13 М. Ивановский	llfi

Рис. 62. Если к аноду присоединить минус батареи, то ток
через лампу не пойдет.
приемниках и в некоторых установках специального
назначения.
Основные части прибора, заменившего кристал-
лический детектор, существовали порознь задолго
до изобретения радио. Это — катодная трубка и
осветительная электролампочка.
Одна комбинация катодной трубки и осветитель-
ной лампочки уже была осуществлена и служила
человечеству в качестве рентгеновского аппарата.
Вторая комбинация тех же частей вылилась
в современную электронную лампу.
Простейшая электронная лампа состоит из стек-
лянного баллона, в который впаяны два элек-
трода— катод и анод. Такая лампа с двумя элек-
тродами называется диодом. Слово диод означает
«два входа».
194
Катодом в электронной лампе служит раскален-
ная вольфрамовая нить; анодом — металлическая
пластинка.
Анод изготовляют из молибденовой жести, из
никеля, из тантала или из меди.
Задача катода — испускать при накале как
можно больше электронов, поэтому вольфрамовые
нити на радиоламповом заводе обрабатывают так,
чтобы облегчить электронам выход из нити. Для
этой цели нити покрывают веществами, которые
легко освобождают электроны. Такой катод, даже
при невысокой температуре, испускает небольшое
количество электронов.
Нить катода накаливают током от маленькой
батареи. С повышением температуры число выле-
тающих из нити электронов возрастает.
Если не прикладывать к аноду положительного
напряжения, то электроны будут роиться вокруг ка-
тода легким облачком и внорь возвращаться в ка-
тод. Но как только на аноде появится положитель-
ное напряжение, электроны устремятся к аноду.
Отличие электронной лампы от рентгеновской
трубки состоит в том, что в электронной лампе при-
меняют напряжения гораздо более низкие, чем в
рентгеновской трубке.
Так как напряжение на электродах электронной
лампы сравнительно невелико, то электроны совер-
шают перелет с катода на анод не столь стреми-
тельно, как в рентгеновской трубке. Они «призем-
ляются» на аноде довольно спокойно, и рентгенов-
ские лучи поэтому не возникают.
Совершенно очевидно, что ток в электронной
лампе может проходить лишь в одном направле-
13*	195
НИИ — от катода к аноду и ни в коем случае не
наоборот, так как электроны могут слетать только
с катода (рис. 62).
Если переменить знаки напряжения на электро-
дах: к аноду присоединить минус батареи, а к ка-
тоду — плюс, ток через лампу не пойдет, так как
холодный анод электронов не испускает. Следова-
тельно, электронная лампа-диод может исполнять
роль электронного клапана, то есть служить детек-
тором. Диод справляется с обязанностями детек-
тора гораздо лучше кристалла с пружинкой. Он ра-
ботает устойчиво, без капризов и перебоев.
Кроме того, диод применяют в качестве выпря-
мителя переменного тока малой мощности. Диод,
предназначенный для выпрямления переменного
тока, называется кенотроном.
Через год после изобретения диода, электрон-
ная лампа была так усовершенствована, что стала
одним из могущественных электронных приборов.
Сетка — третий электрод
Коренное усовершенствование электронной лам-
пы состояло в том, что в ней был устроен специаль-
ный регулировщик — третий электрод. Электронам,
свободно пролетавшим через диод от катода к ано-
ду, пришлось теперь подчиняться командам регули-
ровщика и направляться к аноду только по его раз-
решению.
Этот третий электрод делают различного вида и
формы: иногда это легкая проволочная решетка или
сеточка, иногда — спираль, навитая вокруг прово-
196
дочки катода на некотором от нее расстоянии. Но,
независимо от формы, третий электрод всегда на-
зывается сеткой.
Сетка располагается между анодом и катодом, и
для нее в цоколе лампы сделан отдельный вывод.
Следовательно, лампа, снабженная сеткой, имеет не
два входа, как диод,
а три. Такие лампы
называются триода-
ми (рис. 63).
Сама по себе сет-
ка препятствием для
электронов служить
не может. Проволоч-
ки, из которых она
изготовлена, тонки, а
ячейки ее просторны.
Электроны могут про-
летать сквозь сетку
почти без всяких по-
мех и задержек, но
только до тех пор,
пока на сетку не по-
дано отрицательное
напряжение.
Тогда отрицатель-
но заряженные про-
волочки сетки будут
отталкивать электро-
ны назад к катоду и
противодействовать
Рис. 63. Триод в разрезе, сетка
в виде спирали обвивается вокруг
катода. Слева — условное изобра-
жение триода с подогревным
катодом.
их движению к аноду. Ток
ослабеет и может совсем прекратиться — лампа бу-
дет «заперта*.
1^7
Если триод присоединяют к колебательному
контуру приемника, лампа становится общим зве-
ном для трех самостоятельных электрических цепей.
Одну цепь составляют нить накала катода и не-
большая батарейка, которая ее подогревает. В этой
цепи электроны бегут от минуса батареи по нити и
уходят к плюсу батареи. Роль этой цепи довольно
ограничена — поддерживать накал нити.
Вторая цепь составлена мощной анодной бата-
реей, которая своим плюсом присоединена к аноду
лампы, а минусом — к катоду. Эта батарея создает
сильное электрическое поле между анодом и като-
дом лампы. Под воздействием электрического поля
электроны, клубящиеся вокруг накаленного катода,
проскальзывают сквозь сетку, когда она заряжена
положительно, и «приземляются» на аноде.
Третья цепь образована колебательным конту-
ром, который одним проводником присоединен к ка-
тоду, а другим — к сетке. В этой цепи действуют
высокочастотные колебания контура, они создают
небольшое переменное напряжение между катодом
и сеткой и меняют интенсивность потока электро-
нов, движущихся от катода к аноду.
Воздействие цепи сетки на силу тока в анодной
цепи является основой работы электронной лампы.
Сетка расположена очень близко к катоду, и
поэтому она оказывается полным хозяином того
облачка электронов, которые вьются возле катода.
Каждое колебание напряжения на сетке заставляет
облачко изменяться.
Отрицательное напряжение увеличивается —
электронное облачко съеживается, прижимается
к катоду, электроны, едва вылетев из нити, выну-
Ю8
Рис. 64. Отрицательное напряжение на сетке запирает
лампу, а положительное — усиливает анодный ток.
ждены тотчас возвращаться обратно: их отгоняет
отрицательное напряжение сетки (рис. 64).
Когда отрицательное напряжение уменьшается,
облачко разрастается.
Если же отрицательное напряжение упадет ниже
определенного предела, электроны начнут проры-
ваться сквозь сетку и лететь к аноду.
При дальнейшем ослаблении отрицательного на-
пряжения, когда оно совсем сойдет на нет, или
даже сменится положительным напряжением, элек-
троны, ничем не сдерживаемые, ринутся сквозь сет-
ку к аноду, и через лампу в этом случае пойдет
сильный анодный ток.
Итак, сетка, в зависимости от величины и знака
ее заряда, или усиливает, или уменьшает, или вовсе
парализует влияние электрического поля, создавае-
мого анодом. Она, как водопроводный кран, может
пропускать электроны и широким свободным пото-
ком и тонкой струйкой; она может позволить им
199
сочиться как бы ио каплям или полностью прекра-
тить их движение к аноду,— «запереть» лампу.
Сетка — в высшей степени тонкий и точный регу-
лятор анодного тока, текущего через лампу от ка-
тода к аноду.
Напряжение на сетку подает колебательный кон-
тур. Электроны, раскачавшиеся в катушке, соеди-
ненной с конденсатором, то накапливаются на сет-
ке, то покидают ее. Величина заряда на сетке ме-
няется вместе с колебаниями в контуре. Электроны,
вылетевшие из катода, то стремительно летят к ано-
ду, то жмутся к нити катода, отброшенные отрица-
тельным зарядом сетки.
Величина заряда сетки, доставляемого колеба-
тельным контуром,— незначительна. Она и не дол-
жна быть большой. Благодаря близости к катоду
сетка властно управляет потоком миллиардов элек-
тронов. Ничтожнейшие изменения, легкие колебания
напряжения на сетке тотчас сказываются на силе
анодного тока. Сетка пропускает электроны в строгом
•оответствии с колебаниями, возникшими в контуре.
Поэтому колебания анодного тока, текущего
через лампу от батареи, копируют модуляцию коле-
баний, поступающих на сетку от контура, одновре-
менно и выпрямляя и усиливая ток.
Триод, сетка которого соединена с контуром, до-
ставляет в телефон уже не слабенький ток, уловлен-
ный антенной и контуром, а сильный анодный ток,
способный привести в действие несколько телефонов
или даже громкоговоритель. Триод совмещает в при-
емнике две обязанности — и детектора и усилителя.
Однако этим не исчерпываются возможности
лампы.
9QQ
Действия обратной связи
С помощью еще одного очень несложного при-
способления электрические колебания из цепи анода
можно заставить вернуться обратно в лампу, и она
усилит их вторично. В цепь, подводящую ток от
анода лампы к телефону, присоединяют небольшую
Рис. 65- Упрощенная схема однолампового приемника
с обратной связью.
201
катушку и сближают ее с катушкой колебательного
контура.
Мощное воздействие пульсирующего анодного
тока, который течет в дополнительной катушке, ска-
жется на катушке контура. В ней возникнут силь-
ные колебания, в точности соответствующие толч-
кам анодного тока. Эти колебания передадутся на
сетку. На сетке начнут появляться и исчезать элек-
трические заряды большей величины. Они будут во
много раз сильнее, чем до включения дополнитель-
ной катушки.
Электронный поток, струящийся в лампе от ка-
тода к аноду, под действием усиленных зарядов
сетки начинает пульсировать еще четче, резче, энер-
гичней.
Усиленные колебания анодного тока в лампе по-
падут в дополнительную катушку. Дополнительная
катушка передаст их в контур. Контур — вернет
сетке. Сетка — анодному току. Анодный ток через
дополнительную катушку опять — контуру. В итоге
получится громадное усиление сигналов.
Катушка, которая служит для связи между
анодной цепью и колебательным контуром и воз-
вращает обратно в контур усиленные лампой коле-
бания, получила название катушки обратной
связи — делает возможным радиоприем самых
слабых сигналов отдаленных станций. Такой радио-
приемник называют регенеративным (рис. 65).
Рождение русских ламп
После смерти А. С. Попова (А. С. Попов скон-
чался в 1906 году) ученые А. А. Петровский,
И. Г. Фрейман и В. П. Коваленков продолжали
202
дело, начатое их учителем. В 1914 году молодой
инженер, впоследствии академик, Н. Д. Папалекси
изготовил первые радиолампы. В 1915 году
М. А. Бонч-Бруевич создал первую русскую вакуум-
ную лампу. Но все эти работы были успехами оди-
ночек, которые не получали поддержки в царской
России.
В 1915 году М. А. Бонч-Бруевич служил в чине
поручика на Тверской приемной радиостанции. Ра-
диостанция нуждалась в усилительных лампах,
которые в то время привозили из-за границы. Шла
империалистическая война — доставлять лампы было
трудно. Бонч-Бруевич задумал изготовить собствен-
ные лампы и устроил на радиостанции небольшую
мастерскую. Начальник радиостанции, капитан Ари-
стов, не разрешал заниматься в служебном помеще-
нии «посторонними делами», и Бонч-Бруевичу при-
шлось перенести «лабораторию» к себе на квартиру.
В его опытах ему помогали рядовой Бобков и
старший унтер-офицер Кабошин. . Стеклодува не
было, изготовить цельный стеклянный баллон было
некому, и лампу пришлось сделать составной,
скрепляя ее отдельные части замазкой.
Первую лампу собрали на обеденнохМ столе под
стеклянным колпаком. В крышке стола пришлось
просверлить много дырок для стеклянных и резино-
вых трубок, которые вели к насосам, откачивавшим
воздух из лампы, и для проводов, подводивших ток
от анодной батареи и от батареи накала.
Несмотря на толстый слой замазки, которой
изобретатель покрывал места соединения отдельных
частей лампы, воздух просачивался внутрь баллона,
и его приходилось непрерывно откачивать.
203
Во время опытов рядовой Бобков крутил колесо
большого форвакуумного насоса, Бонч-Бруевич сле-
дил за работой ртутного насоса и смачивал за-
мазку, чтоб она не засохла, а унтер-офицер Кабо-
шин с наушниками ловил телеграфную передачу
Эйфелевой башни в Париже.
Вскоре в одной из воинских частей нашлось два
стеклодува. Их перевели на радиостанцию, и они
изготовили цельные стеклянные баллоны, из кото-
рых уж не приходилось непрерывно откачивать
воздух.
Первые лампы, изготовленные с помощью стек-
лодувов, имели два катода. Когда один катод пере-
горал, лампу вынимали из гнезда, переворачивали
и вставляли в гнездо другим концом. Так включали
второй, запасной катод (рис. 66).
Создание Нижегородской радиолаборатории
В 10 часов утра 25 октября (по старому стилю)
1917 года радиостанция крейсера «Аврора» возве-
стила народам земного шара о всемирно историче-
ской победе Великой Октябрьской социалистической
революции. Радист «Авроры» передал обращение
«К гражданам России», написанное Владимиром
Ильичем Лениным.
«Временное правительство низложено. Государ-
ственная власть перешла в руки органа Петроград-
ского Совета рабочих и солдатских депутатов —
Военно-революционного комитета, стоящего во главе
петроградского пролетариата и гарнизона.
204
Дело, за которое боролся народ: немедленное
предложение демократического мира, отмена поме-
щичьей собственности на землю, рабочий контроль
над производством, создание Советского правитель-
ства, это дело обеспечено.
Да здравствует революция рабочих, солдат и
крестьян!» 1
С первого дня существования советского госу-
дарства радио стало могущественным средством
связи нашего правительства со всей страной и дру-
гими народами.
30 октября 1917 года радиостанции революцион-
ного Петрограда передали радиограмму о со-
здании Советского правительства, подписанную
В. И. Лениным.
В ноябре, когда контрреволюционный генерал
Духонин, исполнявший обязанности главнокоман-
дующего русской армией, нарушил приказ Совет-
ского правительства о перемирии, радио послужило
важнейшим средством связи.
В своих воспоминаниях о В. И. Ленине,
Иосиф Виссарионович Сталин приводит эпизод пе-
реговоров с мятежным генералом: «Помнится, как
после некоторой паузы у провода лицо Ленина оза-
рилось каким-то необычайным светом. Видно было,
что он уже принял решение. «Пойдем на радиостан-
цию,— сказал Ленин,— она нам сослужит пользу:
мы сместим в специальном приказе генерала Ду-
хонина, назначим на его место главнокомандующим
тов. Крыленко и обратимся к солдатам через голову
командного состава с призывом — окружить гене-
1 В. И. Ленин, Соч., т. 26, стр. 207.
205
Рис, 6G. Один из первых тверских
ламповых радиоприемников с лам-
пой, изготовленной в лаборатории
М. А. Бонч-Бруевича.
ралов, прекратить военные действия, связаться
с австро-германскими солдатами и взять дело мира
в свои собственные руки». 1
В ночь на 22 ноября 1917 года Ленин и Сталин
приехали на военно-морскую радиостанцию в Пет-
рограде. Здесь Ленин написал историческое воззва-
ние: «... Солдаты! Дело мира в ваших руках...»
Радио, оказавшее
огромные услуги со-
ветскому правитель-
ству, развивалось
при неустанных забо-
тах В. И. Ленина и
И. В. Сталина.
В эти героические
дни группу энтузиа-
стов радио объеди-
нил в своей мастер-
ской талантливый ин-
женер и изобретатель
М. А. Бонч-Бруевич. При Тверской радиоприемной
станции организовалась тогда первая русская радио-
лаборатория. Лаборатория помещалась в крохотной
комнатке, размером около двух квадратных сажен.
Там М. А. Бонч-Бруевич с помощниками изобре-
тали и испытывали новые типы радиоламп, которые
назывались тогда катодными реле.
Успешная и плодотворная работа Тверской ра-
диолаборатории была поддержана советским пра-
вительством и лично В. И. Лениным. Весной
1 И. В. Сталин, Соч., т. 6, стр. 63.
206
1918 года лаборатория получила средства на даль-
нейшую работу.
К июлю 1918 года лаборатория изготовила вруч-
ную 1500 «тверских» радиоламп и 100 приемников.
Их установили в различных городах Советской
России.
В декабре 1918 года Владимир Ильич Ленин под-
писал «Положение о радиолаборатории с мастер-
ской Народного комиссариата почт и телеграфов»,
которую надлежало создать в Нижнем Новгороде
(ныне г. Горький) на базе Тверской лаборатории.
В этом «Положении» Владимир Ильич Ленин
с гениальной прозорливостью наметил основные
пути, по которым должно идти развитие радио-
техники.
В те годы специалисты спорили о преимуществах
различных типов радиопередатчиков. Кто отстаивал
электрическую дугу, кто считал, что источником
электромагнитных колебаний должны служить ма-
шины, вырабатывающие переменный ток высокой
частоты. Сторонников электронной лампы было
тогда очень мало.
Владимир Ильич Ленин потребовал, чтобы со-
трудники Нижегородской лаборатории разработали
конструкции пустотных (вакуумных) радиоламп.
Его гениальное предвидение полностью оправда-
лось. Именно вакуумная электронная лампа обес-
печила блестящий расцвет радиотехники. Ей при-
надлежало будущее.
Нижегородская радиолаборатория была первым
научно-исследовательским институтом, созданным
советским правительством. Она объединила усилия
почти всех наиболее талантливых русских радиоин-
207
Рис. 67. Нижегородская радиолаборатория.
женеров. Душой лаборатории был М. А. Бонч-Бруе-
вич. В Нижний Новгород приехал В. П. Вологдин,
многое сделавший для развития высокочастотной
электротехники, А. Ф, Шорин — один из создателей
советского звукового кино. Тут же работал
Д. А. Рожанский, который впоследствии совместно
с Ю. Б. Кобзаревым создали радиолокационную
аппаратуру, В. К. Лебединский, обучивший тысячи
молодых специалистов, Б. А. Остроумов, В. В. Та-
таринов и многие другие.
Созданная по мысли В. И. Ленина, Нижегород-
ская радиолаборатория успешно разрешила задачи,
поставленные перед ней советским правительством.
М. А. Бонч-Бруевич был целиком поглощен созда-
208
нием радиотелефонных широковещательных пере-
датчиков. А. Ф. Шорин совершенствовал радиотеле-
графную аппаратуру. В. П. Вологдин конструировал
первые советские мощные ртутные лампы для пре-
образования переменного тока в постоянный и улуч-
шил изобретенные им машинные генераторы высо-
кой частоты.
Владимир Ильич Ленин оказывал коллективу
радиолаборатории большую поддержку.
В письме М. А. Бонч-Бруевичу 5 февраля
1920 года В. И. Ленин писал: «... Пользуюсь слу-
чаем, чтобы выразить Вам глубокую благодарность
и сочувствие по поводу большой работы радиоизо-
бретений, которую Вы делаете. Газета без бумаги и
«без расстояний», которую Вы создаете, будет ве-
ликим делом. Всяческое и всемерное содействие
обещаю Вам оказывать этой и подобным работам.
С лучшими пожеланиями В. Ульянов (Ленин)».1
Благодаря энергичному содействию В. И. Ленина
коллектив сотрудников Нижегородской радиолабо-
ратории быстро наверстывал все, что было упущено
в дореволюционные годы.
Уже в 1919 году были поставлены первые опыты
радиотелефонных передач. Опыты прошли вполне
удачно, и 17 марта 1920 года, по предложению
В. И. Ленина, Совет Труда и Обороны постановил
построить в срочном порядке в Москве Централь-
ную радиотелефонную станцию, радиусом действия
в 2000 верст.
Стопятидесятиметровую ажурную радиобашню
для московской радиостанции спроектировал и
1 В. И. Ленин, Соч., т. 35. стр. 372.
|4 М. Ивановский
209
построил замечательный русский ученый, инженер
и изобретатель Л. Ф. Шухов.
Осенью 1921 года работники Нижегородской
лаборатории закончили сборку радиотелефон-
ной станции и приступили к испытаниям пере-
датчика. Приемным пунктом для опытных перегово-
ров по телефону был избран Берлин.
В Берлине хорошо слышали московскую стан-
цию, но ответную передачу организовать не могли.
Берлинская радиостанция по мощности и совершен-
ству оборудования значительно уступала москов-
ской. Да и вообще в Западной Европе тогда не
было ни одной радиотелефонной станции, которая
могла бы соперничать с передатчиком на Шаболовке.
Московские передачи 1920 года были первыми ра-
диотелефонными передачами в Европе на дальнее
расстояние.
К 1921 году советская радиотехника благодаря
заботам нашей партии и лично В. И. Ленина и
И. В. Сталина заняла ведущее место в радиотеле-
фонии и с тех пор более никогда его не уступала.
В пятую годовщину Советской власти — 7 ноября
1922 года — московская радиостанция начала ши-
роковещательные передачи последних известий,
лекций, концертов и докладов.
От триода до октода
Дальнейшее развитие радиотехники было нераз-
рывно связано с успехами советской науки.
Первое и очень важное усовершенствование
радиолампы осуществил в 1918 году академик
А. А. Чернышев — о,н изобрел подогревный катод.
210
В лампе С Подогревным катодом источником
электронов служит не сама раскаленная нить, а тру-
бочка, покрытая слоем веществ, способных испус-
кать электроны, и надетая на нить, как чехол.
Нить, подобно маленькой электрической печке, по-
догревает катод изнутри, и он начинает испускать
электроны.
Еще до изобретения подогревного катода пробо-
вали накаливать нить катода от сети переменного
тока, понижая его напряжение с помощью транс-
форматора. Попытки не увенчались успехом: сила
тока в городской сети меняется 100 раз в секунду,
поэтому и температура нити и количество вылетаю-
щих из катода электронов тоже менялись 100 раз
в секунду.
Кроме того, вокруг нити накала образуется пе-
ременное электромагнитное поле, которое мешает
регулирующему действию сетки.
С изобретением подогревного катода эти недо-
статки устранились. Толстые стенки трубочки, на-
детой на нить накала, не успевают охлаждаться,
когда понижается температура нити, они же защи-
щают, экранируют внутреннюю часть лампы от
мешающего влияния поля, создаваемого перемен-
ным током.
Для подогревных катодов перестали быть необ-
ходимыми дорогие и недолговечные батареи или
аккумуляторы. Если в распоряжении радиослуша-
теля находится сеть переменного тока, простой и
надежный трансформатор может отлично служить
ему для питания цепи накала.
Инженеры, разрабатывавшие новые, более со-
вершенные типы радиоламп, старались повысить их
14*	211
экономичность и Мощность, улучшить их работу и
создать лампы, пригодные для выполнения тех
разнообразных задач, которые ставила перед ними
развивающаяся радиотехника. Конструкторы ламп
стремились уничтожить вредные явления, происхо-
дящие в лампах, и повысить коэфициент усиления
лампы.
Прежде всего между анодом и сеткой поместили
еще одну сетку, на которую подали положительное
напряжение, но несколько меньшее, чем на аноде.
Вторая сетка отгородила анод ст первой сетки и
устранила вредное влияние емкости между ними.
Это улучшило регулирующее действие первой сетки.
Коэфициент усиления двухсеточной лампы полу-
чился выше, чем у триода.
Для экранирующей сетки потребовался четвер-
тый вход, и четырехэлектродная лампа получила
название: тетрод.
Вслед за этим конструкторы ополчились против
помех, порождаемых вторичными электронами, ко-
торые вылетают из анода под действием электрон-
ной бомбардировки. Электрон, налетающий на по-
верхность металла с большой скоростью, может
выбить из металла даже несколько новых электро-
нов, которые и называют вторичными.
Чтобы обезвредить влияние вторичных электро-
нов, пришлось поставить около анода еще одну
сетку. Эта сетка стала пятым электродом, и лампе
дали новое название: пентод. Пентоды — один из
наиболее совершенных типов радиоламп.
Иногда бывает целесообразно применять еще
более сложные лампы. Например, первой управляю-
щей сетке можно придать в помощь вторую управ-
212
ляющую сетку и таким образом осуществить двой-
ное управление анодным током. Так в лампе появи-
лась четвертая сетка или шестой электрод. Лампа
с шестью входами стала именоваться — гексод.
Все сложные лампы получают название по
числу входов или по числу сеток: с семью входами
гептод, или пентагрид (пять сеток).
Шестисеточная лампа называется октод или гек-
сагрид (шесть сеток).
Для экономии места в приемнике, конструкторы
начали помещать внутри одного баллона два-три
анода — каждый из них со своими сетками, полу-
чающих электроны от одного или двух катодов.
Такая комбинированная лампа заменяет собой две-
три обычные лампы. Во многих современных прием-
никах можно найти двойной диод-триод, двойной
диод-пентод, триод-гексод и другие комбинирован-
ные лампы.
Всего к 1951 году было изобретено около десяти
тысяч различных типов радиоламп.
Благодаря применению многосеточных и комби-
нированных ламп наши приемники имеют сравни-
тельно небольшие размеры и вес при весьма высо-
кой чувствительности и мощности.
В современных приемниках шесть-семь сложных
ламп заменяют несколько десятков «первобытных»
трехэлектродных ламп.
Хрупкие стеклянные баллоны ламп стали заме-
нять иногда металлическими корпусами самой раз-
личной формы. Металлические баллоны защи-
щают— экранируют лампу от вредного влияния
других радиоприборов, смонтированных вместе
С нею на панели приемника,
213
Радиолампы последних моделей окончательно
утратили наследственные черты своих прародите-
лей — разрядной трубки и осветительной лампочки.
Усовершенствование радиоламп сделало радио-
связь привычной, повседневной и даже более рас-
пространенной, чем электрическое освещение или
водопровод. Радио проникло в самые отдаленные
уголки Советского Союза. Передачи Москвы звучат
в горных селениях Памира и Алтая, в засыпанных
снегом поселках Камчатки, в сибирской тайге и
среди арктических льдов на зимовках полярников
Лампа становится генератором
Если от приемника отключить антенну, то элек-
троны, перебегавшие в колебательном контуре по
виткам катушки от одной обкладки конденсатора
до другой и не подгоняемые более сигналами, при-
ходящими извне, постепенно успокоятся, утихнут.
Электрические колебания в контуре быстро затух-
нут — сетка перестанет влиять на анодный ток,
анодный ток перестанет пульсировать.
Словом, все произойдет как в часах, у которых
тяжесть гири или сила пружины окажутся недоста-
точными, чтобы поддерживать качание маятника.
Маятник, не получая от пружины возмещения по-
терь на трение, качается все медленнее и медлен-
нее и затем останавливается совсем. Его колебания
затухают.
Если усилить пружину или увеличить все гири,
то маятник сможет качаться долго: пока гиря не
опустится до полу или не раскрутится пружина,.
?|4
Все дело, следовательно, в том: получает ли
маятник, все равно какой — механический или
электрический, возмещение своих потерь энергии
или нет. Получает — качается, не получает — зати-
хает.
Электрические колебания контура также можно
сделать непрерывными — незатухающими. Для
этого надо дать контуру дополнительный источник
энергии. Сделать это просто: катушку обратной
связи придвинуть поближе к катушке колебатель-
ного контура.
Колебания анодного тока, текущего в катушке
обратной связи, начнут подталкивать электроны
контура, а контур через сетку лампы будет поддер-
живать колебания анодного тока, и все это будет
продолжаться до тех пор, пока не иссякнет анодная
батарея.
При сближенных катушках колебательный кон-
тур подобен маятнику часов с пружиной, имеющей
достаточную силу, чтобы поддерживать его кача-
ния. Возмещение потерь колебательного контура
происходит за счет анодного тока.
Если к приемнику, у которого сильно сближены
обе катушки, присоединить антенну, то электроны
контура и антенны в этом случае поменяются ро-
лями. До сближения катушек тон «задавали»
антенные электроны. Они командовали электронами
в катушке, заставляли их раскачиваться в такт при-
нимаемым сигналам.
Теперь на стороне электронов контура оказался
могучий союзник — анодный ток, и они начинают
подталкивать электроны антенны, заставляя их рас-
качиваться в такт колебаниям контура. В антенне
215
разыгрывается уже знакомое нам явление,— колеб-
лющиеся в ней электроны начинают излучать энер-
гию в пространство.
Все радиослушатели в ближайших домах и квар-
тирах от всего сердца выбранят «свинью в эфире»
и будут, разумеется, совершенно правы. Их прием-
ники захрюкают, завизжат, так как они примут,
кроме передачи широковещательной станции, еще
«сверхпрограммное излучение» приемника, который
благодаря сближению катушек превратился в пе-
редатчик.
Усилительная лампа при большой обратной связи
становится генератором электрических колебаний.
Для того, чтобы получить электромагнитные
волны, перекрывающие обширные пространства,
нужны мощные колебания в антенне — маленькая
лампочка не может их давать. Нужны лампы боль-
ших размеров, питаемые не батареей, а мощным
источником тока высокого напряжения.
И действительно, генераторные лампы больше
чем приемноусилительные, их катоды и аноды —
прочнее, массивнее.
Таким образом, электронные лампы могут слу-
жить не только для приема, но и для посылки ра-
диосигналов. Генераторная электронная лампа
давно уже стала сердцем современной передающей
радиостанции. Лампе мощного радиопередатчика
приходится выполнять работу несравненно более
тяжелую, чем лампе в приемнике.
Электронный поток между катодом и анодом ге-
нераторной лампы силен, количество электронов,
бомбардирующих анод, и их скорость велики.
Удары быстро летящих электронов разогревают
216
анод до температуры плавления большинства ме-
таллов.
В первых генераторных лампах, которые строил
в Нижегородской радиолаборатории Бонч-Бруевич,
металлические аноды плавились, как восковые, и
лампы выходили из строя. Надо было — так утвер-
ждали иностранные специалисты — делать аноды
из какого-либо особого тугоплавкого металла: тан-
тала, вольфрама или молибдена.
Советская власть унаследовала от царской Рос-
сии отсталую, убогую промышленность. Войска
интервентов окружили молодую Советскую респуб-
лику сплошным кольцом. Капиталистические страны
хотели задушить Советскую Россию войной и бло-
кадой. У нас тогда не было производства тугоплав-
ких металлов: тантала, вольфрама и др. Работники
Нижегородской радиолаборатории имели в своем
распоряжении только красную медь, никель и алю-
миний.
Иностранные фирмы со злорадством ожидали,
что советские инженеры не смогут обойтись без
тантала. Однако чаяния врагов не оправдались.
17 сентября 1922 года московская радиостанция
передала первый концерт, и его слышали ВО’ всей
Европе. Англия и Франция смогли транслировать
первый концерт двумя месяцами позднее, а Герма-
ния— только в октябре 1923 года.
За границей недоумевали — откуда в Советском
Союзе добыли тантал для анодов?
Но тантала у Нижегородской радиолаборатории
не было, да он и не понадобился ей. Аноды первых
советских генераторных ламп изготовили из крас-
ной меди. Красная медь вследствие своей исключи-
217
тельной теплопроводности оказалась прекрасным
материалом для анодов.
М. А. Бонч-Бруевич поместил аноды не целиком
внутри баллонов, а вывел их наружу и снабдил во-
дяным охлаждением. Снаружи аноды омывались
потоками воды, которая уносила излишнее тепло.
Лампе стало не опасно выделение теплоты, потому
что вода быстро отводила ее прочь.
Никакой тантал не в состоянии выдержать элек-
тронной бомбардировки,’ которой подвергается анод
в лампах, мощностью в несколько киловатт, а мед-
ные аноды с водяным охлаждением служили Ниже-
городской радиолаборатории хорошо, давая до
25—50 и даже 100 киловатт мощности. Иностран-
ным специалистам пришлось спешно заимствовать
замечательное достижение Нижегородской радиола-
боратории.
Теперь во всем мире делают генераторные лампы
с медным анодом и охлаждают их проточной водой
или сильной струей воздуха. Аноды ламп, рассчи-
танные на воздушное охлаждение, имеют ребристые
стенки, под лампами непрерывно работают вен-
тиляторы, которые обдувают анод и отводят от него
теплоту.
Генераторные лампы, посылающие энергию не-
посредственно в антенны крупнейших советских
радиостанций, имеют большую мощность. Напри-
мер, лампа типа Г-880 вдвое мощнее двигателя авто-
мобиля «Москвич», а лампа Г-443 почти втрое мощ-
нее двигателя «Победы». Наиболее мощные генера-
торные лампы обладают мощностями, превышаю-
щими тысячу лошадиных сил.
218
На- анодах всех ламп современной радиостанции
выделяется так много тепла, что его хватает для
отопления станций,— систему водяного охлаждения
анодов соединяют с трубами отопительных радиа-
торов.
Благодаря усовершенствованию генераторных
ламп и огромному увеличению их мощности даль-
ность радиопередач возросла в колоссальной сте-
пени. Наша планета давно уж стала тесна для уста-
новления рекорда дальности радиопередач. Излуче-
ние наших мощных коротковолновых станций обхо-
дит вокруг земли несколько раз.
Каждое слово, сказанное в микрофон москов-
ского радиоцентра, разносится по всему земному
шару. Оно преодолевает горные хребты и безбреж-
ную ширь океана. Его слышат десятки и сотни мил-
лионов людей на всех материках нашей планеты.
Гениальное изобретение А. С. Попова дало новый
вид связи — радио! Радио вызвало бурный расцвет
электроники, и она в кратчайший срок сделала
радио могучим рупором живой человеческой речи.
Перед человеческим голосом рухнула преграда рас-
стояния.
Шестнадцать разговоров
Успехи радио повлекли за собой усовершенство-
вание проволочных линий связи. Старик-телефон,
который раньше обеспечивал надежную связь всего
лишь километров на 30—40, с помощью электроники
(усилительных электронных ламп) шагнул на тысячи
километров.
319
В СССР по проекту лауреатов Сталинской пре-
мии инженеров П. К. Акулыпина, А. Н. Гумеля,
В. 3. Малышева и П. А. Фролова построена самая
длинная в мире, безукоризненно работающая теле-
фонная линия, протяжением в 10 тысяч километров.
Эта линия связывает Москву с Дальним Восто-
ком, и абоненты слышат друг друга так, как будто
находятся в разных концах Москвы. Прекрасную
слышимость на огромном расстоянии поддерживают
мощные усилители. Они дают общее усиление до
30 миллионов раз.
Удивительным является, однако, не протяжен-
ность линии, а то, что по каждой паре проводов
в наше время ведется 16 разговоров одновременно,
и никто из разговаривающих не мешает друг другу.
Идея многократного использования одного и
того же провода для телефонных переговоров была
осуществлена капитаном русской армии Игнатье-
вым еще в 1880 году. Он передавал по одному
проводу одновременно телеграммы и телефонный
разговор. Электрический фильтр, состоящий из ка-
тушки самоиндукции и конденсатора, отделял
постоянный ток телеграфного аппарата от перемен-
ного тока телефонного аппарата, и телеграфист
с телефонистом беспрепятственно пользовались
одним и тем же проводом.
Теперешнюю телефонную линию обслуживают
ламповые генераторы высокой частоты. Телефонная
станция состоит из 16 передатчиков и 16 приемни-
ков, соединенных лишь одной парой проводов.
Каждый передатчик и соответствующий ему
приемник настроены на определенную частоту. Для
каждого разговора применяется своя, отдельная
23Q
частота. В проволоке получается такое же смешение
различных колебаний, какое принимает приемная
антенна радиолюбителя. Но электрические фильтры
из настроенных колебательных контуров строго
сортируют частоты так, что разговоры не мешают
один другому.
«Шепот» звезд
В 1947 году советская астрономическая экспеди-
ция, под руководством члена-корреспондента Ака-
демии наук СССР А. А. Михайлова, наблюдала
солнечное затмение близ берегов Бразилии. Радио-
приборы, приспособленные для астрономических
целей и установленные на теплоходе «Грибоедов»,
позволили советским ученым слушать «голос»
Солнца, то есть принимать радиоволны, излучаемые
Солнцем.
Источником радиоизлучения Солнца, как пока-
зали исследования советских астрономов и физиков,
являются самые верхние, самые разреженные слои
солнечной атмосферы. Повидимому это радиоизлу-
чение исходит от солнечной короны — жемчужно-
серебристого сияния, окружающего Солнце, и хо-
рошо заметного во время полных солнечных затем-
нений.
Сила радиосигналов Солнца зависит от силы
извержений или огненных бурь, разыгрывающихся
время от времени на его светоносной поверхности.
Особо мощные вспышки радиоизлучения обычно
предшествуют огненным бурям и служат их пред-
вестниками.
221
Невольно вспоминается первый радиоприемный
аппарат — «грозоотметчик» А. С. Попова. Теперь
мы отмечаем бури и «грозы» в атмосфере солнца!
Вслед за первыми опытами приема радиоизлуче-
ния Солнца астрономы попробовали «послушать»
звезды. Они направляли антенну коротковолновой
радиостанции на различные участки неба и запи-
сывали принимаемые шумы.
Установлено, что наиболее сильные источники
радиоизлучения находятся в самой гуще Млечного
пути по направлению к созвездию Стрельца.
А именно в этом направлении расположена таин-
ственная и труднодоступная для изучения централь-
ная область Галактики: она закрыта от нас скопле-
ниями пыли.
Но туман, пыль, облака прозрачны для радиоиз-
лучения, и это дает нам возможность проникнуть
в закрытую от нашего взора загадочную область
Галактики. Радиотехника позволила ее «послу-
шать».
Совсем недавно «слушающая» астрономия сде-
лала чрезвычайно важное открытие — оказалось, что
радиоизлучение приходит к нам из отдельных не-
больших участков неба. К сожалению точность на-
ведения радиотелескопа еще не велика, нацелить
его в одну точку, как обычный оптический телескоп,
не удается, и это, конечно, затрудняет исследова-
ния, Но все же установлено, что источники радио-
излучения по своим размерам раз в десять меньше
полной луны, то есть, если бы мы могли их увидеть,
они казались бы нам «пятачками» диаметром в не-
сколько угловых минут.
222
Эти участки неба, посылающие особо сильное
радиоизлучение, получили название радиозвезд.
Исследование загадочных «пятачксЩ» с помо-
щью оптических телескопов никаких результатов не
дало. Там виднеется несколько рядовых слабеньких
звездочек, каких много и там, где радиозвезд нет
и в помине. Не помогает их разглядеть и фотогра-
фия. Радиозвезды — невидимки!
Московский астроном И. С. Шкловский считает,
что некоторые радиозвезды находятся совсем не-
далеко от Солнца, может быть даже ближе, чем
видимые нами звезды, и вообще во Вселенной ра-
диозвезд в несколько раз больше, чем ярких само-
светящихся звезд. Что же такое эти радиозвезды,—
остается пока неизвестным.
Уловленные приборами сигналы далеких светил
еще не поняты. Их смысл и значение пока еще не
разгаданы. Но радиоастрономия — очень молодая
отрасль науки! Ученые совершенствуют радиоастро-
номические приборы, и нет ничего невероятного
в том, что электроника в недалеком будущем
создаст «слушающие телескопы» или «видящие
астрорадиоприемники» (рис. 68).
Радиоастрономия — новое могущественное сред-
ство познания Вселенной.
И возможно, что когда-нибудь среди шумов,
рождаемых звездными атмосферами, мы уловим
ритмичные сигналы, посланные в межзвездное про-
странство обитателями других планетных систем.
Гениальный ученый и философ Джордано Бруно,
сожженный на костре инквизиции 17 февраля
1600 года, писал: «В безмерном лоне бесконечной
Вселенной возникают, развиваются, уничтожаются
223
Рис. 68. Приемник, улавливающий радиоизлучение
звезд.
Й (Шова рождаются бесчисленные миры. Суще-
ствуют бесчисленные солнца, бесчисленные земли,
которые кружатся вокруг своих солнц подобно
тому, как наши семь планет кружатся вокруг на-
шего Солнца».
И мы убеждены, что в бесконечном пространстве
Вселенной кроме нашей Земли есть и другие обитае-
мые планеты.
Хранитель неизменной секунды
Часы с маятником были изобретены Христианом
Гюйгенсом в первой половине XVII века. Они верой
и правдой служат людям уже свыше 300 лет. За
это время механизм часов был доведен до боль-
шого совершенства, но все же самые лучшие совре-
менные часы с маятникОхМ уходят вперед или от-
стают на 3—4 тысячных доли секунды в сутки.
Это — предел точности таких часов и большего от
них добиться трудно.
Однако точность в 3—4 тысячных доли секунды
уже не удовлетворяет ученых. Тысячная доля се-
кунды — величина большая. Для тонких научных
исследований нужны часы, отмеряющие время
с ошибкой, которая не превышала бы стотысячной
доли секунды. Именно столь высокая точность
позволяет совершать важные открытия..
Наша секунда это V864oo доля суток, а сутки —
время одного оборота земного шара вокруг его оси.
Все наше измерение времени до сих пор было осно-
вано на определении скорости вращения Земли.
Раньше думали, что земной шар вращается в выс-
15 М. Ивановакий
225
шей степени равномерно и сутки остаются неизмен-
ными, но это оказалось не так. Установлено, что
великие часы природы — земной шар — отстают.
Земля замедляет свое вращение, и вследствие этого
сутки постепенно удлиняются.
Величина «погрешности» Земли невелика, она
составляет примерно 1,5 тысячных доли секунды
в столетие. Иначе говоря, через каждые 700 столе-
тий сутки становятся длиннее на 1 секунду.
Кроме того, в итоге многолетних наблюдений
у астрономов зародилось подозрение, что наша пла-
нета вращается не вполне равномерно.
В 1872 году известный русский астроном
С. П. Глазенап решил проверить это предположе-
ние. Предпринятое им исследование подтвердило
догадку.
Земля то чуть-чуть ускоряет вращение, то так
же неожиданно и без видимой причины замедляет
его. Небольшие изменения скорости вращения день
ото дня накапливаются, а к концу года достигают
величины, которая уже не ускользает от внимания
астрономов.
В течение прошлого столетия Земля вращалась
с ускорением — сутки укорачивались. За время
с 1865 по 1898 год было «потеряно» почти тридцать
пять секунд.
В конце прошлого века Земля перестала «спе-
шить». Сутки снова начали удлиняться. Это про-
должалось до 1920 года. Сейчас она вращается
с небольшим ускорением.
Очевидно, что земной шар, который считался
безупречным судьей всех наших часов, сам ока-
зался не вполне надежными часами.
226
Так как сутки то удлиняются, то укорачиваются,
следовательно, и секунда — наша основная единица
измерения времени — тоже изменяется. Но как
можно пользоваться мерой, которая не отличается
постоянством? Куда годится гиря, сделанная из
льда, кому нужен резиновый метр? Такие матери-
алы непригодны для изготовления мер.
Наша секунда, вследствие неравномерности вра-
щения земного шара, непостоянна. Время же надо
измерять неизменной секундой. Если земной шар
не может служить образцовыми часами, то, оче-
видно, надо создать прибор, который мог бы хра-
нить и сообщать точную величину секунды.
Маятниковые механические часы для этой цели
не подходят.
Изобретатели обратились к электронным прибо-
рам. Кандидатом в заместители механического
маятника был выдвинут маятник электрический, то
есть колебательный контур, соединенный с элек-
тронной генераторной лампой.
Правда, электрический маятник оказался тоже
не совсем постоянным. Малейшее изменение тока
накала лампы, легкое дрожание электродов, нерав-
номерный выход электронов из катода и ряд дру-
гих причин нарушают правильный ритм колебаний
в контуре. Электрический маятник нуждается в на-
дежном регуляторе.
Такой регулятор был найден. Кристаллы гор-
ного хрусталя — кварца — обладают весьма полез-
ным свойством: кварцевая пластинка или кольцо,
вырезанное из кристалла кварца, под воздействием
токов высокой частоты начинают сжиматься и рас-
ширяться с частотой переменного тока (рис. 69).
227
15*
Рис. 69. Кварцевое кольцо —
эталон частоты.
Однако нё на все частоты кварцевая пластинка
отзывается одинаково. Как и камертон, когда его
ударят, издает звук только одного, ему свойствен-
ного, тона, так и кварцевое кольцо обладает соб-
ственной и тоже строго определенной частотой ко-
лебаний, которая зависит от размеров и формы
кольца. И если ударить кварцевое кольцо, оно на-
чинает колебаться со
свойственной ему ча-
стотой. Такое кольцо
присоединяют к ко-
лебательному конту-
ру, частота колеба-
ний которого равна
собственной частоте
пластинки. В таком
контуре пластинка
будет служить регу-
лятором, как маят-
ник в стенных часах.
В сочетании с электронной лампой кварцевое
кольцо (или пластинка) стало основой часон нового
типа — электронно-кварцевых.
Разработка проекта первых советских часов без
маятника, без пружин, без гирь или электромагни-
тов была начата Центральным научно-исследова-
тельским институтом геодезии, аэрофотосъемки и
картографии в 1936 году и закончена в 1940 году.
Главной частью точных часов является генера
торная лампа, соединенная с кварцевым кольцом.
Это кольцо, выточенное из цельного куска кварца,
по своим размерам равно круглому карманному
зеркальцу: диаметр — 61 миллиметр, а толщина —
228
10 миллиметров. Кольцо совершает 99 271,05 коле-
баний в секунду или 5 956 263 колебания в минуту.
Кварцевое кольцо нечувствительно к изменениям
силы тяжести или к каким-либо толчкам и сотря-
сениям, то есть оно не боится как раз того, что
больше всего нарушает равномерность качаний
обычного маятника. Но и кварц имеет свои недо-
статки — он чувствителен к изменениям темпера-
туры и давления воздуха. Поэтому кварцевое кольцо
заключают в плотно закупоренный сосуд. Его обо-
гревает электрическая печь с автоматическим регу-
лятором температуры, и весь механизм одет двой-
ной рубашкой из теплоизолирующих материалов.
Температура внутри рубашки постоянна, давле-
ние — неизменно. В таких оранжерейных условиях
кварцевое кольцо служит прекрасно.
Частота, превышающая 99 тысяч колебаний
в секунду, слишком велика, чтобы ею можно было
пользоваться для измерений. Особые приборы —
делители частоты — уменьшают ее. Они делят ча-
стоту сначала на 11, потом на 9, и частота, пони-
женная до 1002,7379 колебаний в секунду, подается
к мотору, а он приводит в движение счетный меха-
низм со стрелками, как у обычных часов.
Точность кварцевых часов пока еще одна тысяч-
ная секунды в сутки. Но это — не предел. Часы
могут быть еще более усовершенствованы, и погреш-
ность их уменьшится до десятитысячных долей
секунды.
В настоящее время кварцевые часы являются
главными хранителями точной величины секунды.
Они занимают почетное место в подвалах Службы
времени астрономических обсерваторий, института
229
метрологии и института геодезии. Маятниковые
часы уступили первенство кварцевым часам.
Но даже точность кварцевых часов порой бывает
недостаточна для тончайших лабораторных иссле-
дований. Ученые работают над созданием электрон-
но-молекулярных часов, в которых роль маятника
будут исполнять колеблющиеся молекулы газа —
аммиака или метана.
Электронно-молекулярные часы обещают дать
точность, определяемую миллионными долями
секунды!
Новые музыкальные инструменты
Когда Московская радиостанция начала переда-
вать в эфир концерты, лекции и доклады, взрослые
и школьники с увлечением принялись мастерить са-
модельные приемники.
Новое дело привлекло десятки тысяч энтузиа-
стов-любителей. К началу 1925 года было зареги-
стрировано около 25 тысяч владельцев радиоприем-
ников и число их росло с каждым днем.
Радиолюбители с увлечением мастерили само-
дельные приемники, придумывали всевозможные
усовершенствования, изобретали новые схемы. Ра-
диотехника открывала широкое поле для самостоя-
тельных исследований, и она многим обязана пер-
вым энтузиастам радио. Из среды радиолюбителей
вышли многочисленные кадры квалифицированных
исследователей и практиков.
В горячую пору всеобщего увлечения радиолю-
бительством было замечено свойство ламповых при-
230
емников свистеть при чрезмерном увеличении обрат-
ной связи. Возникновение генерации электрических
колебаний — недостаток приемника; с нИм борются,
тщательно экранируя алюминиевыми колпаками
лампы и катушки колебательных контуров. Но
в технике часто бывает, что явление, вредное в од-
ном случае, оказывается полезным в другом.
Ленинградские радиолюбители первыми догада-
лись, что радиоприемник с генерирующей лампой
можно превратить в своеобразный музыкальный
инструмент. Ведь стоило приблизить руку или ме-
таллический предмет к колебательному контуру,
как тотчас же менялась высота звука. Приемник
свистел на разные голоса.
Особенно удивительного в этом явлении ничего
нет: приближение руки изменяет емкость колеба-
тельного контура. Он настраивается на другую ча-
стоту, и это сказывается на высоте звука. Звуча-
нием можно управлять; следовательно, приемник
способен стать музыкальным инструментом.
Для осуществления этой идеи от колебательного
контура сквозь верхнюю крышку приемника вывели
наружу металлический стержень, а колебательный
контур и звуковые фильтры подобрали так, чтобы
из громкоговорителя слышался не поросячий визг,
а приятный для слуха музыкальный тон.
Новинка привлекла на первых порах всеобщее
внимание, изобретатели первого в мире радиомузы-
кального инструмента с успехом показывали его
с эстрады.
На сцену выносили небольшой полированный
ящичек, из верхней крышки которого выступал
23!
металлический стержень длиной в 20—-25 санти-
метров.
Музыкант-исполнитель подходил к этому ящику,
протягивал руку к стержню, и прибор начинал петь.
Каждое приближение или удаление руки плавно
меняло высоту звука.
Игра на звучащем радиоприборе производила
странное впечатление. Человек, извлекая звуки из
воздуха, напоминал дирижера, который управляет
оркестром, но оркестр этот состоял из одного един-
ственного инструмента.
Первый электромузыкальный прибор был весьма
далек от совершенства. Он давал только один му-
зыкальный тон, изменяющийся по высоте. На нем
удавалось исполнять лишь несложные мелодии.
Соперничать с обычными духовыми или струнными
инструментами,^ а тем более с оркестром, в кото-
ром звучат одновременно десятки инструментов, он
никак не мог.
За годы, прошедшие с тех пор, радиотехника
сделала грандиозные успехи. Появились новые
электромузыкальные инструменты. Из них наиболее
совершенными считаются эмиритон и В-8.
Название эмиритона составлено из начальных
букв нескольких слов. Первые три буквы э м и
означают: электромузыкальный инструмент; сле-
дующие две буквы — р и и взяты от фамилий изо-
бретателей: профессора Римского-Корсакова и ин-
женера Иванова. Последний слог «тон» означает
звук. Все вместе — эмиритон.
Другой электромузыкальный инструмент В-8 —
обозначен начальной буквой фамилии своего изо-
бретателя А. Володина. Эмиритон и В-8 — чисто
232
электрические инструменты. В них нет струн, как
у рояля или скрипки, нет звучащих язычков, как
у аккордеона.
Открыв заднюю крышку эмиритона, можно уви-
деть сложное переплетение разноцветных монтаж-
ных проводов, катушки самоиндукции в алюминие-
вых экранах-чехлах, конденсаторы, дроссели, сопро-
тивления и другие детали, все, как в большом и
сложном радиоприемнике. В-8, например, имеет
46 ламп!
По внешнему виду эмиритон похож на неболь-
шое пианино или на старинный клавишный инстру-
мент—клавикорды. У эмиритона имеется клавиа-
тура, и музыкант играет на эмиритоне, как на
пианино,— обеими руками, нажимая пальцами на
клавиши. Эмиритон издает при этом звуки в темб-
рах кларнета, гобоя или фагота.
Кроме клавиатуры эмиритон снабжен также
грифом. Это — длинная полоса, расположенная
вдоль клавиатуры и покрытая сверху цветным пла-
стикатом.
Эмиритонист может исполнять музыкальное про-
изведение, пользуясь по желанию либо клавишами,
либо грифом. Касаясь грифа, скользя по нему паль-
цами, эмиритонист заставляет инструмент звучать,
подражая скрипке, виолончели или человеческому
голосу.
Переключение с одного тембра на другой,—
с кларнета на фагот или со скрипки на контрабас,—
производится мгновенно, для этого достаточно на-
жать на клавиши тембров.
Эмиритон обладает примерно пятьюдесятью раз-
личными тембрами и может подражать звучанию
233
почти всех существующих музыкальных инструмен-
тов — от самой маленькой флейты-пикколо до боль-
шого контрабаса.
С помощью ножной педали, эмиритонист управ-
ляет силой звука, меняя ее от еле слышного журча-
ния до могучего рева органных труб.
По богатству тембрами эмиритон не имеет себе
равных среди всех обычных музыкальных инстру-
ментов: Несколько эмиритонов могут составить
оркестр, не уступающий по звучанию симфониче-
скому оркестру полного состава.
И все же разносторонние свойства электронной
лампы — этого гибкого, универсального и точного
прибора — далеко еще не полностью использованы
в эмиритоне.
Ведь было время, когда и автомобиль «учился
ходить», а самолет «учился летать». Так и электро-
музыкальные инструменты. Они еще только «учатся
петь». Пройдут годы, будут созданы новые кон-
струкции, и тогда электромузыкальные инструменты
займут место в оркестрах рядом с обычными струн-
ными и духовыми инструментами.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ЭЛЕКТРОН ОТКРЫВАЕТ НЕВИДИМЫЙ МИР
Третий потомок разрядной трубки
Световые явления, возникающие в разрядной
трубке, привлекали ученых прошлого столетия своей
красотой, разнообразием и загадочностью. Во второй
половине XIX века не было ни одной физической ла-
боратории, которая не обзавелась бы набором раз-
рядных трубок. Физики на разные лады повторяли
опыты Петрова и Фарадея, но никто из них не мог
найти разрядной трубке практического применения.
Разрядная трубка, давшая начало двум могу-
щественным электронным приборам — рентгенов-
скому аппарату и электронной лампе,— сама долго
оставалась неусовершенствованной.
В 1907 году два русских ученых Б. Л. Розинг и
Л. И. Мандельштам обратили внимание на одну
особенность разрядной трубки, которая до тех пор
оставалась неиспользованной. При достаточно силь-
ном разрежении воздуха в трубке электронный
235
поток устремляется от катода перпендикулярно
к его поверхности и не зависит от положения анода.
Анод в такой трубке может помещаться не на-
против катода, а где-либо сбоку, как в некоторых
типах рентгеновских трубок.
В том месте, где электронный поток падает на
стенку трубки, возникает зеленоватое свечение. Если
внутреннюю поверхность трубки в этом месте по-
крыть каким-либо веществом, которое может све-
титься под ударами электронов, то это свечение ста-
новится особо ярким и удобным для наблюдения.
Электронный луч в катодной трубке отличается
необычайной подвижностью и «отзывчивостью»
к влиянию магнитных и электрических полей.
Магнитным полем можно заставить электронный
поток отклоняться в сторону, изгибаться дугой, сжи-
маться в струнку, завиваться штопором. Чувстви-
тельность электронного луча исключительно ве-
лика: на каждое изменение электрического или маг-
нитного поля он отзывается мгновенно. Наше слово
«мгновенно» в данном случае, пожалуй, даже не-
пригодно.
Длительность мига, то есть «мгновения ока»,
составляет примерно' 40 тысячных долей секунды.
Только для того, чтобы открыть глаз, требуется
около 25 тысячных секунды,— миг вовсе не так ко-
роток, как нам это кажется!
Наиболее быстрое движение, какое удается на-
блюдать в живой природе, это колебание комари-
ного крыла. Комар делает до 500 взмахов в се-
кунду! Две тысячных доли секунды на каждый
взмах! Но даже комариное крыло не может сопер-
ничать с электронным лучом. Он отзывается на
236
вйешнее воздействие даже не в тысячные, а в мил-
лиардные доли секунды.
Это свойство электронного луча объясняется ма-
лой массой электрона — его малой инерционностью.
Струйки голубоватого дыма, которые вьются над
горящей папиросой, состоят из мельчайших частиц
углерода. Величина этих частиц определяется до-
лями микрона. Одна такая «дыминка» весит при-
мерно' 1,5- 10-15 грамма. Однако, несмотря на столь
ничтожную величину «дыминки», в ней содержится
500 миллионов атомов углерода. Настолько малы
атомы! Электроны же еще меньше. Электрон
в 22 тысячи раз легче атома углерода.
Понятно, что частицу столь ничтожной массы
очень легко заставить изменить направление своего
движения. При малой массе электронам свойственна
столь же малая инерция. Вот почему электронный
луч в разрядной трубке так чувствителен.
Русские ученые Б. Л. Розинг и Л. И. Мандель-
штам начали совершенствовать катодную трубку и
приспосабливать ее для регистрации самых быстрых,
самых кратковременных явлений, как например
образование электрических искр. Эти работы про-
должил Д. А. Рожанский.
Б. Л. Розинг, мечтая изобрести прибор для пе-
редачи изображений по проводам, старался приспо-
собить катодную трубку для этого своего изобрете-
ния. Л. И. Мандельштам и Д. А. Рожанский, пони-
мая, что необычайная чувствительность электронного
луча окажется незаменимой при различных иссле-
дованиях, трудились, чтобы найти практическое
применение катодной трубке. А для этого было не-
237
обходимо научиться управлять электронным лучом
и заставить его «рисовать» или «писать».
Такой способ они нашли, и катодная трубка пре-
вратилась в электроннолучевую трубку, которая по-
служила родоначальницей новой обширной семьи
электронных приборов: электроннолучевого осцил-
лоскопа, кинескопа, иконоскопа, электронного мик-
роскопа и многих других замечательных приборов.
Электронная пушка
Современная электроннолучевая трубка имеет
форму колбы с длинным горлом и широким, слегка
выпуклым, дном. Дно
трубки покрыто лю-
минофором, то есть
веществом, способ-
ным светиться под
действием электрон-
ного луча. Обычно
Р и с. 70. Схематическое изображе- ДЛЯ ЭТОЙ цели При-
ние электроннолучевой трубки. меняют кремнистые
цинк или кадмий.
Дно трубки служит экраном, на котором исследова-
тель наблюдает светящийся след электронного пучка.
Для получения мощного электронного луча и
фокусировки его, то есть для образования на экране
маленького ярко светящегося пятнышка служит
электронная пушка, которая помещена в узкой части
колбы протиз экрана (рис. 70).
Катод электронной пушки выполнен в виде ме-
таллического стаканчика, обращенного дном к эк-
233
рану. Изнутри стаканчик подогревается миниатюр-
ной электрической печкой, а снаружи на его дно
нанесено немного состава, легко испускающего
электроны при нагревании,— он-то и служит источ-
ником электронов.
Анод делают обычно в виде двух цилиндров,
по оси которых проходит пучок электронных лучей.
На цилиндры подают такие напряжения, что обра-
зуемое ими электри-
ческое поле приобре*
тает свойство линзы*
оно собирает их в
одну точку на эк-
ране.
Электроны, выле-
Рис. 71. Схематическое изобра-
жение электронной пушки: Л’—
катод, С — управляющий электрод,
Д1 и А2 — аноды, Б — стенка
трубки.
и изменяют свой путь. Рас-
тающие из катода во
все стороны расходя-
щимся пучком лучей,
проходя сквозь ци-
линдры анода, не
только ускоряются, но
ходящийся пучок лучей становится сходящимся и
дает яркую и маленькую звездочку на экране. Элек-
тронная линза фокусирует поток электронов так же,
как стеклянная линза — световой поток (рис. 71).
Между катодом и анодом помещается еще один,
также цилиндрический, электрод. Он называется
управляющим электродом и играет такую же роль,
как сетка в электрической лампе. Подавая на него
то или иное положительное или отрицательное на-
пряжение, можно регулировать число электронов,
проходящих к аноду и, следовательно, изменять
Яркость пятнышка на экране. Достаточно большое
239
отрицательное напряжение на управляющем элек-
троде вообще прекращает доступ электронов
к экрану, то есть «запирает» электронный луч.
Луч начинает рисовать
Чтобы электронный луч приобрел «дар рисова-
ния», трубку снабдили дополнительным устройством,
которое заставило луч бегать по экрану и чертить
на нем линии, фигуры, знаки.
Такое «рисующее» устройство располагается
сразу же за анодами. Оно состоит из двух пар ме-
таллических пластинок. Первая пара пластинок по-
ставлена вертикально, следующая за ней — гори-
зонтально.
От каждой пластинки сделан вывод наружу
(рис. 70).
Если к вертикальным пластинкам присоединить
провода от какого-либо источника тока, то одна пла-
стинка получит положительный заряд, другая —
отрицательный, а электронный луч изогнется и от-
клонится в сторону положительной пластины. Све-
тящаяся точка переместится от одного края экрана
к другому, но, как только напряжение снимут, све-
тящаяся точка вновь вернется на прежнее место.
Заряды, подведенные к вертикальным пласти-
нам, заставляют точку двигаться вправо и влево.
Разумеется, незачем включать ток вручную. Это
с большим успехом сделает специальная радио-
лампа, называемая тиратроном, соединенная с кон-
денсатором. Она автоматически очень точно вклю-
чает и выключает ток, причем подача напряжения
240
начинается сна-
Р и с. 72. Кривая
изображающая
колебание напря-
жения переменного
тока.
на вертикальные пластины происходит в таком по-
рядке: сначала конденсатор постепенно заряжается,
и напряжение плавно нарастает; электронный луч,
а вместе с ним и светящаяся точка на экране, так
же плавно бегут слева направо. Потом конденса-
тор, а вместе с ним и пластины разом разряжаются,
и точка прыгает назад. Затем все
чала — плавное движение в одну
сторону и стремительный скачок
в обратную.
Частотой перескоков светя-
щейся точки вправо и влево мож-
но управлять по желанию. При
быстрой смене зарядов, благо-
даря инерции зрения и остаточно-
го свечения люминофора, на экра-
не получается светящаяся прямая
горизонтальная линия определен-
ной длины.
Разумеется, рассматривать ровную горизонталь-
ную линию — занятуе бесполезное. Поэтому дей-
ствия только одних вертикальных пластин мало.
Надо дать работу и горизонтальным пластинам
и заставить электронный луч двигаться вверх и
вниз. Присоединим к ним провода от городской
осветительной сети, в которой течет переменный ток.
Следуя колебаниям напряжения переменного тока,
положительные и отрицательные заряды на горизон-
тальных пластинах станут сменять друг друга
100 раз в секунду.
Электронный луч, повинуясь влиянию зарядов
на горизонтальных пластинах, начнет колебаться и
двигаться вверх и вниз, а не только вправо и влево.
]6 М. Ивановский	241
Дружные одновременные усилия зарядов на
обеих парах пластин заставят электронный луч ри-
совать на экране плавную кривую линию, показы-
вающую, как происходят изменения силы перемен-
ного тока с течением времени (рис. 72). Мы увидим
на экране трубки чертеж или график колебаний
осветительного тока, нарисованный самим же током.
Чертеж представляет кривую линию, называемую
синусоидой.
Прибор, показывающий колебания
Если имеется какой-нибудь другой источник еще
неизвестных для нас электрических колебаний, то
достаточно подключить провода от этого источника
к горизонтальным пластинам электроннолучевой
трубки, и электронный луч нарисует зубчатую, пило-
образную или волнистую линию, которая наглядно
покажет, с каким видом колебаний мы имеем дело.
Такая трубка, оснащенная вспомогательными прибо-
рами, называется электроннолучевым осциллоскопом
или осциллографом. Слово осциллоскоп означает
«показывающий колебания», а осциллограф — «за-
писывающий колебания».
Все лаборатории и научно-исследовательские
институты, в которых изучают быстрые колебатель-
ные процессы, обязательно оснащаются электронно-
лучевыми осциллоскопами. Так, например, эти при-
боры применяют в научно-исследовательском инсти-
туте имени И. П. Павлова (в Колтушах под Ленин-
градом) для записи очень быстрых электрических
242
колебаний, какие возникают во время работы голбь*
ного мозга или сердца.
Лаборатория, в которой изучают электриче-
ские колебания мозга животных, состоит из двух
смежных комнат. В одной из них помещается под-
опытное животное — кошка или кролик. В этой
комнате почти нет никакой мебели, кроме станка,
в котором закреплено животное во время опыта.
Стены комнаты под штукатуркой обиты метал-
лической сеткой, окна тоже затянуты частой мед-
ной сеткой. Это — экран, он необходим, чтобы за-
щитить животное и приборы от радиоволн й прочих
электрических колебаний, которые могут помешать
наблюдениям.
Во второй комнате установлен электроннолуче-
вой осциллоскоп, и во время опыта там находятся
исследователи.
Кошке, предназначенной для опытов, предвари-
тельно делают операцию: в мозг вводят тончайшие
металлические проволочки — электроды. Деятель-
ность мозга изучают обычно с помощью шестилуче-
вого осциллоскопа, и в мозг вводят шесть электро-
дов — по числу лучей. Их располагают в различных
областях мозга — возле зрительных, слуховых, дви-
гательных и других центров, или же размещают на
равных расстояниях по прямой линии.
Подготовленное таким образом животное закреп-
ляют в станке, а к электродам присоединяют про-
вода от управляющих пластинок осциллоскопа. За-
тем кошку оставляют в полном одиночестве и на-
чинают опыт.
Исследователь нажимает ту или иную кнопку.
В изолированной комнате возле кошки вспыхивают
16*
243
й гаснут белые и синие электрические лампочки,
щелкают шумовые приборы, кошку заставляют
испытывать легкие уколы электрического тока.
Световые и звуковые сигналы действуют на зре-
ние и слух животного. Под влиянием сигналов
в различных участках мозга возникают электриче-
ские токи. Мощные усилители воспринимают эти
токи и передают их на управляющие пластинки
осциллоскопа,— каждый из шести лучей прибора
начинает чертить на экране линию, отображающую
характер колебаний, возникающих в различных ме-
стах мозга.
Киносъемочный аппарат, поставленный напротив
экрана осциллоскопа, фотографирует зигзаги, вы-
черчиваемые лучами. Пленку проявляют и изучают,
какие токи и в каких участках мозга возникали,
когда вспыхивали лампочки, когда щелкал метроном
или пищал зуммер.
Осциллограммы сличают между собой. Ученые
устанавливают связь между причиной и след-
ствиями, между сигналами и электрическими коле-
баниями в различных участках мозга; раскрывают
законы деятельности мозга и нервной системы жи-
вотных.
Работа человеческого организма может быть ис-
следована с помощью новых электронных приборов.
В поликлиниках и больницах с успехом приме-
няют электронные приборы для записи электриче-
ских токов сердца — электрокардиографа и элект-
рических импульсов мозга — энцефалографа. При-
боры помогают исследовать больной орган и уверен-
ней его лечить.
244
Мир невидимых существ
В конце прошлого столетия на табачных план-
тациях Бессарабии и Украины распространилась за-
разная болезнь растений. На листьях табака появи-
лись белые, бурожелтые и яркозеленые пятнышки
различной формы. Они испещряли листья причудли-
выми узорами, отчего эта болезнь получила назва-
ние «мозаики». Листья, пораженные мозаичными
пятнами, изъязвлялись. Растение увядало и гнило
на корню, а соседние растения заражались и также
погибали.
Загадочное заболевание табака охватывало одну
плантацию за другой. Погибал урожай.
Молодой русский ученый-ботаник Д. И. Иванов-
ский отправился на юг, чтобы изучить новую бо-
лезнь и постараться найти средство борьбы с ней.
Табачная мозаика была явно заразной болезнью,
она быстро переходила от одного растения на дру-
гое, и вполне естественно, что Ивановский предпо-
лагал найти возбудителя заболевания в виде каких-
либо микроорганизмов — бактерий или грибков.
Ученый исследовал соки и ткани заболевших
растений, но не нашел даже следов болезнетворных
бактерий.
Тогда ученый предположил, что вредоносные
микроорганизмы только временные гости на табаке.
Они. появляются, гнездятся на листьях, отравляют
растение выделяемыми ими ядами — токсинами и
перекочевывают дальше. Оставленный же ими яд
разъедает растение.
Ивановский принялся искать яд табачной
мозаики. Он сорвал лист больного растения, растер
245
его в кашицу, кашицу развел водой, а полученный
раствор профильтровал сквозь тончайший фарфоро-
вый фильтр, имеющий столь маленькие поры, что ни
одна бактерия сквозь них пройти не могла. Тща-
тельно профильтрованную жидкость Ивановский
впрыснул совершенно здоровому растению. И оно
заболело.
Результат первого опыта как-будто убедил уче-
ного, что причиной заболевания является именно яд.
Профильтрованная жидкость была прозрачна, бес-
цветна и при наблюдении в микроскоп в ней не
было видно ничего постороннего. Но Ивановский
был человеком пытливого, ясного ума и он про-
должил опыт, то есть сорвал лист с того растения,
которое сам заразил, растер его в кашицу, развел
водой и тщательно профильтровал сквозь мелкопо-
ристый фильтр. Полученную жидкость впрыснул
здоровому растению. И это растение заболело.
«Странный яд! — размышлял Ивановский.— Был
взят ядовитый сок только одного листа. Его раз-
вели водой. Разбавленным и, значит, ослабленным
ядом вызвали заболевание другого растения.
У этого растения тоже взяли сок одного листа.
Опять развели его водой, значит, еще больше осла-
били ядовитость, но растение все-таки заболело...»
Ивановский сорвал лист второго зараженного им
растения, растер его, сок развел водой, профильтро-
вал и вспрыснул третьему, совершенно здоровому
растению. И оно немедленно заболело. Сколько бы
раз упорный исследователь ни повторял этот опыт,
растения заболевали. Сколько бы раз ни разбав-
ляли яд водой и соком подопытного растения,— яд
ни на йоту не терял болезнетворной силы.
246
Любое ядовитое вещество, если его разбавлять
водой, в конце-концов потеряет ядовитость, а ток-
син табачной мозаики не ослабевал, он, наоборот,
усиливался. Значит, причина табачной мозаики—не
яд. Это, по всей вероятности, микроорганизмы, по-
добные бактериям, но настолько маленькие, что они
невидимы в микроскоп и свободно проскальзывают
сквозь отверстия самого мелкопористого фарфоро-
вого фильтра. Попадая в новое растение, они раз-
множаются в нем и поэтому действие заразного
начала не ослабевает.
14 февраля 1892 года Ивановский сделал в Ака-
демии наук доклад о своем открытии.
Микробы-невидимки были названы вирусами.
Ивановский по праву считается основателем новой
отрасли науки — вирусологии.
Многие ученые продолжали исследования Ива-
новского и доказали, что не только заболевания ра-
стений, но и многие болезни людей — корь, грипп,
оспа, свинка, энцефалит, водобоязнь, ящур — вызы-
ваются именно вирусами.
Измерение размеров вирусов
Не видя вирусов даже в самые сильные микро-
скопы, ученые все же определили приблизительные
размеры вирусов по их способности проходить
сквозь фильтры с более или менее крупными по-
рами.
Было найдено, что вирус ящура имеет размеры
несколько более 75 миллимикронов. Вирус табачной
мозаики в два с половиной раза меньше вируса
247
ящура — его размер Зв миллимикронов. Понятно,
что его нельзя увидеть, ведь миллимикрон — это
чрезвычайно малая величина.
Толщина спички 2 миллиметра. Толщина че-
ловеческого волоса измеряется уже не миллимет-
рами, а тысячными долями миллиметра — микро-
нами. Паутинка еще тоньше волоса. Ее толщина —
5 микронов.
Если одну пятую толщины паутины, то есть один
микрон разделить на 1000 частей, мы получим мил-
лимикрон, или одну миллионную долю миллиметра.
Следовательно, шестьдесят пять тысяч вирусов
табачной мозаики, уложенных цепочкой один
к одному, займут в длину всего навсего 2 миллимет-
ра,—они поместятся поперек спички.
Через несколько лет после смерти основополож-
ника вирусологии Ивановского (он умер в 1920 году)
ученые столкнулись с еще одним таинственным
явлением, но уже не вредным, а полезным.
Биологи обнаружили, что в природе существует
нечто невидимое, расправляющееся с дизентерий-
ными бактериями, как тигр с ягнятами. В банке
с водой кишат дизентерийные бактерии. Достаточно
только одной капли жидкости, содержащей таин-
ственное нечто, и в банке не останется ни одной
болезнетворной бактерии.
Эта жидкость совершенно прозрачна. При на-
блюдении в микроскоп в ней решительно ничего не
видно. Через самые мелкопористые фильтры целеб-
ная жидкость проходит, не теряя своих свойств.
Ученые назвали это невидимое «нечто» — бактерио-
фагом, то есть «пожирателем бактерий». Но что та-
кое бактериофаг — было неизвестно,
243
Ученые причислили бактериофаг к вирусам, но
к вирусам полезным, которые уничтожают врагов
человека — болезнетворных бактерий.
Эти открытия доказали людям, что имеется мно-
гочисленный, разнообразный мир необычайно ма-
леньких существ, из которых одни являются нашими
злейшими врагами, другие — друзьями.
Но изучение этого мира было очень затруднено:
он был невидим даже в самый лучший микроскоп.
Зоологи, ботаники, медики, ветеринары, агро-
номы обратились к оптикам с требованием — усо-
вершенствовать микроскопы, сделать их более мощ-
ными и помочь науке раскрыть тайну невидимого
мира.
В битве с вирусами человечество несет неисчис-
лимые потери. В первой империалистической войне,
длившейся с 1914 по 1918 год, было убито и умерло
от ран 18 миллионов человек. В битве с вирусами
гриппа, длившейся два года — с 1919 по 1920 год,—
погибло 20 миллионов человек.
«Дайте же нам оружие для борьбы с этим сви-
репым и беспощадным врагом! — говорили врачи
оптикам.— Дайте нам такой микроскоп, чтобы мы
могли разглядеть врага».
Оптики отвечали: «Увы, мы бессильны. Микро-
скоп, дающий полезное увеличение более чем
в 1000 раз, сделать невозможно. Мы, конечно, су-
меем построить микроскоп, который будет увеличи-
вать изображение предмета в 2000—3000 раз —
даже больше, но, увы, с его помощью вы увидите
то же самое, что и при тысячекратном увеличении.
Предмет будет казаться больше, крупнее, но нуж-
ных деталей или каких-либо подробностей различить
249
не удастся; даже, наоборот, появятся искажения,
которые помешают исследованию и будут вводить
наблюдателя в заблуждение. 1000 — это предел
полезного увеличения, за который не может пере-
ступить оптика».
Удивительный опыт
Известно, что тень от непрозрачного диска, если
его держать поперек светового луча, будет иметь
форму круга. От квадрата тень получится квадрат-
ной, от кольца — кольцевой. Но всегда ли тень
предмета соответствует предмету? У всякого ли не-
прозрачного тела обязательно должна иметься
тень?
Был сделан такой опыт. На просторный ровный
луг привезли мощный прожектор. Его установили на
одном краю луга, а на противоположном — врыли
в землю большой щит вроде гех, что ставят на
стрельбищах.
Вечером, когда стемнело, запустили мотор про-
жекторной станции и включили ток. Луч прожек-
тора направили вдоль поверхности земли на щит,
стоявший примерно в четырех километрах от про-
жектора. Щит, выкрашенный белой краской, ярко
осветился.
Один из производивших этот опыт вынул из
портфеля фанерный диск размером с обыкновенную
обеденную тарелку. Диск укрепили на заостренном
шесте и понесли по направлению к прожектору.
Пройдя примерно 500 метров, воткнули шест в зем^
250
ид так, чтобы диск стал поперек луча прожектора
и его тень упала бы на шест.
К великому удивлению прожектористов и мест-
ных, жителей, заинтересовавшихся опытом, тень от
круга не была сплошным кругом. В середине тени
Рис. 73. Диффракция света. Фотография тени руки, которая
держит тарелку. На верхнем снимке: тень, получившаяся на
расстоянии трех метров между источником света и тарелкой,
на втором снимке это расстояние равно примерно двум
километрам, а на третьем -- семи километрам.
от деревянного диска виднелось ярко освещенное
пятно, как будто в центре диска имелось отвер-
стие.
Но никакого окошка в диске не было, а его тень
получилась почему-то кольцеобразной! (Рис. 73.)
251
Причина этого, на вервий взгляд странного и
необъяснимого, явления кроется в самой природе
света.
Свет огибает препятствия, встречающиеся на его
пути, как огибают их морские волны или звуковые
колебания. Именно благодаря своей колебательной,
волновой природе свет обладает такой способно-
стью.
Лучи прожектора, скользнувшие возле краев
деревянного диска, обогнули их, отклонились от
прямолинейного пути и упали на щит в центре тени
от диска, образовав там светлое пятно. Тень диска
приобрела вид кольца.
Световые лучи, огибающие препятствие, откло-
няются от прежнего направления на очень неболь-
шой угол. Поэтому для опыта требуется, чтобы щит
стоял на большом удалении от диска и от источника
света, но для маленьких предметов это расстояние
может быть соответственно меньше.
Теперь мысленно представьте себе совсем ма-
ленький диск. Не может ли случиться так, что све-
товые лучи, обогнув его края, сойдутся и тени от
диска не получится вовсе?
Действительно, так и происходит. Очень малень-
кие предметы свет огибает полностью.
Свет как бы «не замечает» очень малых препят-
ствий. И их поэтому нельзя увидеть, и никакое
увеличение тут не поможет.1
1 Невидимыми остаются все предметы, размеры которых
в 2—3 раза меньше длины световой волны, то есть меньше
0,40—0,75 микрона.
252
Предметы, имеющие в поперечнике меньше
0,2 микрона, не отбрасывают тени, свет их огибает
со всех сторон, как звуковые волны мебель в ком-
нате, и они остаются невидимыми при любых увели-
чениях микроскопа.
Предел полезного увеличения
Человеческий глаз очень зорок, он способен за-
метить паутинку, натянутую между деревьями, осо-
бенно если она освещена солнцем, а толщина пау-
тинки — 5 микронов. При обычном освещении мы
в состоянии увидеть тонкий волос, толщиной в 25
микронов. Предмет, вчетверо больший, толщиной
около 100 микронов — как, например, тире в этой
книге — уже виден прекрасно.
Следовательно, чтобы разглядеть предмет диа-
метром в 0,2 микрона, его видимые размеры надо
увеличить до 100 микронов, то есть до размеров,
хорошо видимых глазом. А для этого достаточно
иметь увеличение всего лишь в 500 раз, так как
100:0,2 = 500!
Оптики считают, что увеличение в 1000 раз еще
помогает различать новые детали или особенности
рассматриваемого предмета, но большее увеличение
уже совершенно бесполезно. Оно не позволит уви-
деть более мелких частиц, не позволит различить
никаких новых деталей наблюдаемой в микроскоп
картины.
Именно поэтому тысячекратное увеличение ока-
залось пределом полезного увеличения обычного
микроскопа; и именно поэтому такой микроскоп не
259
даёт возможности видеть вирусы, размеры которых
много меньше 0,2 микрона.
Но раз все дело в длине волны, естественно
возник вопрос — нельзя ли воспользоваться такими
электромагнитными колебаниями, у которых длина
волны меньше, чем у видимого света?
Прежде всего обратились к ультрафиолетовым
лучам. Ультрафиолетовый микроскоп, в особенности
тот тип его, который был разработан в Советском
Союзе Е. М. Брумбергом по идее академика
С. И. Вавилова и под его руководством, оказался
очень полезным для многих исследований. Многие
биологические препараты, в тонких срезах слишком
прозрачные для видимого света, гораздо сильнее
поглощают ультрафиолетовые лучи. Поэтому в
ультрафиолетовом микроскопе такие препараты
дают гораздо более контрастную картину, чем
в обычном микроскопе. 1
Однако волны света, применяемые в ультрафио-
летовом микроскопе, только немногим короче волн
видимого света, и поэтому наблюдать вирусы и дру-
гие столь же мелкие объекты ультрафиолетовый
микроскоп не позволяет.
У рентгеновских лучей длины волн в тысячи раз
меньше. Но они почти не преломляются, и поэтому
для них нельзя изготовить линз, дающих увеличен-
ное изображение. Кроме того, большинство веществ
1 В ультрафиолетовом микроскопе увеличенная картина
препарата изображается на экране, который светится видимым
светом под воздействием ультрафиолетовых лучей или на фо-
тографической пластинке, чувствительной к ультрафиолетовым
лучам.
254
для рентгеновских лучей прозрачно, и сквозь Ка-
кой-нибудь вирус они пройдут без задержки, не
давая никакой тени от него.
Задачу решают электроны
Не помогут ли электроны увидеть невидимое?
На первый взгляд электроны здесь бесполезны
Ведь мы пред-
ставляем их себе
в виде мельчай-
ших частичек. Раз-
ве могут частички
соперничать со
световым лучом и
даже заменять
его? Л почему бы
и нет?
Если сыпать из
Р и с. 74. Сравнение тени от руки,
полученной в световой потоке и в
потоке мелких просеянных сквозь
сито, частиц муки.
сита муку на руку,
то на столе обра-
зуется «тень» ру-
ки — место, куда
мука не насыпа-
лась (рис. 74). Художники иногда вместо кисти
пользуются пульверизатором. Выдувая краску из
пульверизатора мелкой пылью и прикладывая к ок-
рашиваемой поверхности заранее заготовленные ша-
блоны — трафареты, они быстро получают нужный
узор.
Там, где в трафарете вырезаны отверстия, рас-
пыленная краска ложится на раскрашиваемый пред-
257
мег, где отверстий нет, остается «тень» — незакра-
шенное место.
Распыленной краской можно рисовать не хуже,
чем кистью.
Наука пока еще имеет весьма смутные представ-
ления о размерах электрона. Известно лишь только
то, что они очень малы. Их поперечник по всей
вероятности определяется миллионными долями
миллимикрона. Не миллиметра, а именно миллими-
крона! Это значит, что вирус табачной мозаики во
много миллионов раз крупнее электрона!
Если мысленно увеличить электрон до размеров
маленькой дробинки, то вирус табачной мозаики
придется представить себе в виде огромной горы.
Дробинка, выпущенная из ружья, не может об-
лететь гору стороной, подобно птице. Так и элект-
роны, вылетевшие из электронной пушки, не смогут
обогнуть «гору» — вирус. Электроны могут прони-
зать его насквозь в миллионе мест и долететь к эк-
рану. Но не все электроны беспрепятственно проле-
тят сквозь вирус. Для электронов вещество почти не
прозрачно и только сквозь тончайшие слои могут
пролетать быстрые электроны.
Некоторые из электронов, пролетая близко от
атомов (а вирусы, как и все тела в природе, состоят
из атомов), будут отклонены электромагнитными
полями атомов и изменят свой путь.
Там, где у вируса имеется какое-либо утолще-
ние или уплотнение, электроны встретят больше ато-
мов и многие из них отлетят в стороны, то есть
рассеются, не достигнув экрана.
В тех местах, где вирус тоньше, где Атомов мень-
ше, электроны пройдут более свободно. И на экране
266
получится тень вируса — более темная там, где ве-
щество уплотнено, и более светлая, где веществе
тонко.
Однако пытаться разглядеть электронную тень
вируса — дело совершенно бессмысленное. Тень ви-
руса будет почти столь же мала и так же невидима,
как и сам вирус,— портрет этого врага человека,
сделанный в натуральную величину, бесполезен.
Р и с. 75. Магнитное поле служит линзой для электронных
лучей.
Получить сильно увеличенные изображения виру-
сов и других мельчайших телец можно только в том
случае, если найдется способ подчинить электрон-
ный луч законам оптики, то есть заставить его пре-
ломляться и фокусироваться — давать увеличенное
изображение предмета.
Само собой разумеется, что применить для этой
цели стеклянные линзы не удастся. Не только
стекло, но даже воздух почти непроницаем для
электронного луча. Налетая на атомы и молекулы
газов или других веществ, электроны отскакивают
17 М. Ивановский
257
от них, почти как мячи, и рассеиваются в окружаю-
щем пространстве.
Следовательно, электронный микроскоп должен
быть безвоздушным. Условия нелегкие,— только
в сказках бывают такие загадки. Но все же эту
трудность удалось преодолеть. Воздух из корпуса
микроскопа откачали, а линзами послужили элек-
трические или магнитные поля.
Магнитным полем можно заставить электрон лег
теть по спирали, проделывать сложные сальто и
петли.
Поэтому магнитные поля, создаваемые ка-
тушками определенной формы, оказались прекрас-
ными линзами для электронного луча (рис. 75).
Теоретические расчеты показывали, что элект-
ронный микроскоп при достаточном его усовершен-
ствовании способен дать полезное увеличение не
в тысячу раз, как оптический микроскоп, а в мил-
лионы раз. Он должен позволить четко различать
частицы размером в сотые доли миллимикрона.
Электронный микроскоп может снять «шапку-неви-
димку» с вирусов, со всего необъятного мира нич-
тожно-малых телец и даже с молекул.
Советский электронный микроскоп
В начале 1940 года академик А. А. Лебедев
вместе со своими сотрудниками В. Н. Верцнером и
Н. Г. Зандиным начал проектировать и строить пер-
вый советский электронный микроскоп.
В обычном световом микроскопе в его нижней
части помещается источник света или зеркальце,
258
отражающее лучи какого-либо источника света. Его
лучи проходят сквозь стеклянную линзу, которая
называется конденсорной или собирательной. Она
собирает световые лучи в конический пучок и на-
правляет их на стеклянную пластинку, на которой
лежит исследуемый предмет.
Световые лучи,
прошедшие сквозь
этот предмет, попа-
дают в первую уве-
личительную линзу
микроскопа, которая
называется объек-
тивной линзой, так
как обращена к объ-
екту исследования.
Объективная лин-
за увеличивает изоб-
ражение предмета
примерно в 50 раз.
Это увеличенное
изображение иссле-
дователь рассматри-
вает сквозь окуляр-
ную линзу, тоже даю-
щую увеличение в
10—20 раз.
В результате об-
щее увеличение обе-
их линз — объектив-
ной и окулярной —
Рис. 76. Устройство электронного
микроскопа подобно устройству
оптического микроскопа.
получается равным произведению этих чисел, то есть
от 500 до 1000 раз.
Т7*
269
В электронном микроскопе вместо источника
света имеется электронная пушка. Она посылает
пучок электронных лучей, который попадает в пер-
вую — конденсорную линзу микроскопа.
Разумеется, эта линза не стеклянная, стекло
было бы тут только помехой, и ее форма ничем не
напоминает увеличительное стекло. Это всего лишь
электромагнитная катушка с отверстием по оси.
Сквозь это отверстие проходит электронный луч.
Внутри катушки нет .ни стекол, ни воздуха, так как
из электронного микроскопа выкачан почти весь
воздух. Но называется такая катушка — линзой, по-
тому что ее действие на электронный луч подобно
действию стеклянной линзы на световой луч
(рис. 76).
Световые лучи, выходящие из одной точки,
пройдя сквозь двояковыпуклую линзу, преломляют-
ся в стекле, отклоняются от прежнего направления
и собираются коническим пучком на объекте.
Точно также и электроны, пролетев сквозь от-
верстие катушки-линзы, фокусируются — сходятся
конусом и попадают на предметный «столик»,
создавая на нем яркое «электронное освещение».
В центре «столика» вырезано круглое отверстие.
Поверх этого отверстия натягивают тончайшую
(толщиной 0,1—0,2 микрона) прозрачную пленку
коллодия, на которой помещают то, что хотят ис-
следовать.
Объектом исследования могут служить колонии
вирусов или бактерий, частицы какого-либо веще-
ства, мельчайшие кристаллы и т. п.
Электроны, летящие со скоростью в несколько
260
тысяч километров в секунду, пронизывают предметы,
лежащие на пленке.
В тех местах, где вещество более плотно или
имеется какое-либо утолщение, электроны встре-
чают больше препятствий и, рассеиваясь, несут
большие потери в своих рядах. Места менее плот-
ные электроны преодолевают с меньшим отсевом:
электронный поток получается здесь плотнее, гуще.
Чтобы изображение предметов получилось уве-
личенным, электронный пучок по пути от предмет-
ного столика до экрана проходит сквозь две маг-
нитные линзы.
Сразу же за предметным столиком электронный
поток перехватывает объективная катушка-линза.
Она собирает электроны, выходящие из каждой
точки предмета, и таким образом дает промежуточ-
ное, сильно увеличенное изображение.
Следующая линза, которая в оптическом микро-
скопе называется окулярной, потому что посылает
лучи в глаз наблюдателя (по-латински окулюс —
глаз), в электронном микроскопе получила название
проекционной, потому что она отбрасывает изобра-
жение на светящийся под ударами электронов экран.
Проекционная линза еще больше увеличивает
изображение.
Экран электронного микроскопа будет светиться
не везде одинаково. Где электронов упадет поболь-
ше, там и свечение будет поярче, а где электронный
поток потерял значительную часть электронов,
экран будет светиться слабее. На экране вырисуется
изображение предмета.
Кроме линз на пути электронного пучка стоят
еще диафрагмы — металлические пластинки с отвер-
261
етиями, ограничивающими ширину пучка. Элект-
роны, которые в результате встреч с атомами рас-
сматриваемого предмета слишком сильно отклони-
лись в сторону, натыкаются на диафрагмы и не про-
ходят сквозь их отверстия. Диафрагмы служат
возле линз как бы привратниками: они пропускают
вперед только ту часть пучка электронных лучей,
которая несет к экрану правильное, неискаженное
изображение.
Кроме того, в электронном микроскопе имеется
несколько вспомогательных механизмов — два на-
соса, которые откачивают воздух из внутренней по-
лости прибора, электрооборудование, которое по-
дает высокое напряжение, фотокамера для фото-
графирования изображений, приборы управления.
Первый образец советского электронного мик-
роскопа был готов в середине 1940 года и давал
увеличение в десять тысяч раз, то есть вдесятеро
больше своего оптического собрата.
Ободренные первым успехом, ученые стали
строить вторую модель, которая должна была дать
увеличение в 25 тысяч раз!
Увеличение в сто тысяч раз
Создателям первого советского электронного
микроскопа академику А. А. Лебедеву, В. Н. Верц-
неру и Н. Г. Зандину была присуждена Сталинская
премия.
В модели 1947 года, законченной к тридцатиле-
тию Советской власти, изобретатели применили
много новых усовершенствований.
362
Насос
Рис. 77. Расположение основных
частей электронного микроскопа.
Электронная
пушка
Нондянсорная линза
Дюк для смены образцов
камера объект
Объективная линза
Наблюдение промежу-
точного изображения
Проекционная линза
СбетоПои микроскоп
Наблюдение конечщш
картины
Дюк для йыемки
фотопластинок
Вакуумное
распределитель
ное цстроистоо^А
Так как электронный микроскоп увеличивает
изображение в 25 тысяч раз, а фотографию можнв
увеличить еще в 4 раза — общее увеличение до-
стигло 100 000 раз!
И это далеко не предел. Электронный микро-
скоп еще далек от совершенства и пока только
«учится» смотреть.
Э63
Но учится он быстро, быстрей своего предше-
ственника. За 300 лет оптический микроскоп достиг
наибольшего полезного увеличения в тысячу раз.
Электронный микроскоп уже дал увеличение в
100 000 раз.
Когда электронный микроскоп приобретет пол-
ную меру своей зоркости, он поможет науке еще
глубже проникнуть в мир ничтожно-малых существ
и даже молекул.
Уже самые первые наблюдения, сделанные
с помощью электронного микроскопа, раскрыли за-
гадки, перед которыми наука стояла до сих пор
как бы с завязанными глазами.
До изобретения электронного микроскопа вра-
чи не знали, почему человек, заболевший ту-
беркулезом, несмотря на самое энергичное лечение,
иногда буквально сгорает в несколько недель;
в других же случаях он сравнительно быстро по-
правляется. Иногда туберкулезные палочки оказы-
ваются невероятно живучими и зловредными,
а иногда настолько слабыми, что гибнут сами
собой.
Электронный микроскоп раскрыл секрет этого
злейшего врага человека. Оказалось, что туберку-
лезные бациллы способны цадевать на себя пан-
цырь — плотную жировосковую оболочку, которая
оберегает их от действия лекарств и защитных сил
организма. Тайна панцыря этого маленького чудо-
вища теперь раскрыта, и медицина нашла способ
борьбы с опаснейшей болезнью человека.
С помощью электронного микроскопа удалось
увидеть бактериофагов. Эти таинственные друзья-
невидимки оказались маленькими шариками с длин-
264
ними хвостиками. Длина хвостика бактериофага
равна примерно 100 или 120 миллимикронам, а его
круглое тельце раза в 2—3 меньше хвостика. По-
перек самой тонкой, паутинной, нити уляжется 30 те-
лец бактериофагов.
Р и с. 78. Бактериофаги атакуют
возбудителя дизентерии. Увеличение
28 000 раз.
«Почуяв» присутствие дизентерийной бактерии,
бактериофаги устремляются к ней со всех сторон и
облепляют ее, как муравьи гусеницу, забравшуюся
в муравейник. Присосавшиеся бактериофаги вызы-
вают быстрый распад болезнетворной бактерии
(рис. 78).
К сожалению, в безвоздушном пространстве
электронного микроскопа под воздействием элек-
тронного луча гибнет все живое. Поэтому на
снимке видны не живые бактериофаги, а мертвые.
265
©ни погибли вместе с дизентерийным микробом
в тот момент, когда шли на него в атаку.
Возможно, что ученым удастся преодолеть этот
недостаток электронного микроскопа, и тогда мож-
но будет понаблюдать, как движутся бактериофаги
и как они нападают и уничтожают микробов.
Рис. 79. Снимок вирусов гриппа. Увеличение 35 000 раз.
Особенно поразительные результаты дали на-
блюдения вирусов. Рисунок 79 изображает вирусы
гриппа — оказывается, они имеют вид шариков. Об
их размерах позволяет судить масштаб,— на ри-
сунке нарисована черная линия, длина которой
266
еоответствует одной десятитысячной доле санти-
метра — микрону.
Некоторые вирусы, выделенные из зараженных
тканей, кристаллизуются почти так же, как кри-
сталлизуются соль, сахар или квасцы. В кристалли-
ческом виде это полупрозрачное белковое вещество.
Его можно несколько раз подряд растворять в воде
и снова кристаллизировать. Никаких признаков
жизни оно не подает.
Попадая в живые ткани растений, это вещество
заражает его. Кристаллы вируса начинают увели-
чиваться в числе, проявляя тем самым способность
размножаться.
Белковые вещества, из которых состоят виру-
сы,— это особая форма организованной материи, ко-
торая, как предполагают биологи, стоит на грани
живой и мертвой природы.
В течение многих веков в науке господствовало
убеждение, внушенное религией, будто бы жизнь,
все живо.е, способное питаться, дышать, расти и
размножаться, есть творение божественных сил и
что оно резко отличается от неживого, неспособ-
ного питаться, расти и размножаться.
Идеалистическая философия учила, что между
живой и мертвой природой лежит непреодолимая
пропасть, разграничивающая эти два противополож-
ных мира. Никакого звена, связывающего живое
с неживым, она не допускала.
Против порочного идеалистического мировоззре
ния, увлекавшего науку на ложный путь, страстно
боролся Владимир Ильич Ленин. Еще в 1908 году
он писал: «Все грани в природе условны, относи-
267
тельны, подвижны, выражают приближение нашего
ума к познанию материи.» 1
Электроника заставила воочию убедиться в спра-
ведливости гениального предвидения В. И. Ленина.
Она подвела исследователей к грани между живой
и неживой природой, и никакой пропасти там не
оказалось. Грань между живым и неживым дей-
ствительно условна, относительна, подвижна.
Изучение нуклеопротеидов, возможно, позволит
ученым разгадать еще одну тайну природы —
создать своими руками молекулы живого белка,
способного питаться, дышать, расти и размно-
жаться.
И это будет величайшим открытием, грандиоз-
ной победой человеческого ума, равной которой не
было за всю историю науки.
1 В. И. Ленин, Соч., т. 14, стр 268.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
ЭЛЕКТРОН В РАЗРЕЖЕННОМ ГАЗЕ
Тепловые источники света
У разрядной трубки есть еще и четвертый пото-
мок, история которого начинается с первых элек-
трических опытов Ломоносова и Петрова. Эти-уче-
ные наблюдали свечение разреженного газа под
действием электрических* разрядов.
Другие исследователи меняли состав газов
в трубках, через которые пропускали электрический
ток, и убедились, что каждый газ дает особый,
только одному ему свойственный цвет свечения.
Свечение газов было самым первым явлением,
которое заметили ученые в разрядных трубках. Но
именно этой удивительной игре света, струящегося
между катодом и анодом, практического примене-
ния долгое время они не находили.
Было сделано несколько робких попыток при-
способить разрядную трубку для освещения, но эти
попытки успеха не имели — изобретателей отпуги-
269
вало применение высокого напряжения, которое
приходилось подавать на электроды трубки.
Затем Лодыгиным была изобретена электриче-
ская лампочка накаливания. Над ее усовершенство-
ванием трудились сотни инженеров и изобретате-
лей. Лампочка прочно вошла в быт. Интерес к све-
чению газов в разрядных трубках на время ослабел.
Инженеры изучили процессы, происходящие
в лампочке накаливания, и установили, что, несмот-
ря на многие достоинства, лампочка является рас-
тратчицей, расхитительницей электрической энергии.
Все это подтверждалось убедительными расче-
тами. Самая совершенная электрическая лампочка
мощностью в 100 ватт превращает в свет только
3% потребляемой ею энергии. Лампочки, по сути
дела, не столько осветительные, сколько нагрева-
тельные приборы. Они расходуют электрическую
энергию не по назначению.
• Правда, наши лампочки переводят в энергию
излучения почти всю потребляемую ими электриче-
скую энергию, но беда-то в том, что лампочка излу-
чает, главным образом, невидимые инфракрасные
лучи. Да и в видимой части излучения она дает
слишком много красного света, тогда как глаз
наиболее чувствителен к зеленому свету, с длиной
волны в 0,555 микрона. Если бы лампочка всю свою
мощность расходовала на излучение света с такой
длиной волны, она светила бы в 33 раза ярче.
Но в сущности мы не в праве требовать от на-
ших источников света, чтобы они всю электриче-
скую энергию превращали в зеленый свет. Это
было бы неприятно и вредно для глаз,— кто захочет
сидеть по вечерам при ярком... зеленом свете!
270
Рис. 80. Современные электрические лампы
накаливания весьма ранообразны по величине
И мощности.
Идеальный источник света должен расходовать
всю свою мощность на излучение именно белого
света.
Лампа накаливания дает света почти в> двена-
дцать раз меньше, чем давал бы идеальный источ-
ник белого света. Одиннадцать двенадцатых долей
энергии она превращает в невидимые для глаз
лучи. Это бесполезная трата энергии.
В 1937 году в Советском Союзе на освещение
было израсходовано около 6 миллиардов киловатт-
часов. Из них 5500 миллионов киловатт-часов ушло
только на обогрев атмосферы, что при цене
в 25 копеек за киловатт-час составило потерю на-
родного дохода в 1 миллиард и 375 миллионов
рублей! (Рис. 80.)
Виновник — лампочка.
Потомок прадедовской лучины
Причиной непроизводительной траты энергии
служит, однако, отнюдь не низкое качество ламп.
Напротив, современные электрические лампочки
с витой вольфрамовой нитью очень хороши: их
температура накала — 2700—3000 градусов — толь-
ко вдвое ниже температуры Солнца! Срок
службы— 1000 часов! Очень неплохие показатели!
В настоящее время ученые работают над созда-
нием ламп с карбид-танталовыми и карбид-цирко-
ниевыми нитями. Применение сверхтугоплавких
веществ позволит повысить температуру накала до
4000 градусов. Лампочка станет более экономичной.
Но, если даже ученые добьются предельно выгод-
272
ной — «солнечной» температуры в 6000 градусов, то
все равно лампочка использует на преобразование
в свет только 13 % потребляемой ею самой энергии.
Электрическая лампочка расточительна не по-
тому, что не усовершенствована, а потому, что она
по своей сущности является тепловым источником
света — своеобразным электрифицированным потом-
ком прадедовской лучины. И в лампочке и в лу-
чине светятся раскаленные частицы твердого веще-
ства: в лампочке — вольфрама, в пламени лучины —
углерода.
Прежде чем превратиться в энергию света,
электрическая энергия в лампочке преобразуется
в теплоту. Чтобы добиться более экономичного
использования электрической энергии, надо исклю-
чить промежуточную стадию — теплоту, сделать
^ампочку холодной. И здесь гениальный Ломоносов
оставил ученым и изобретателям наказ: «Надо по-
думать о безвредном свете гниющих деревьев ц све-
тящихся червей. Затем надо написать, что свет и
теплота не всегда взаимно связаны и потому раз-
личествуют».
В самом деле, почему для получения света
нужно подражать лучине, костру или каганцу?
Глубоководные рыбы — различные киасмодоны
и диаболидиумы — плавают в полной темноте на
глубине 1—2 километров ниже уровня моря и охо-
тятся, освещая себе путь светоносными органами,
как автомобиль дорогу — фарами. Источники света
глубоководных рыб — холодные (рис. 81).
Грибки, которые селятся в гниющем дереве, и
светящиеся моллюски южных морей также све-
тятся, оставаясь холодными.
18 М. Ивановский
273
Жук-светлячок, который теплой летней ночью
поблескивает из листвы зеленым огоньком, может
гордиться своим фонариком. Холодный фонарик
светлячка большую часть затраченной им энергии
превращает в свет, тогда как человек доволь-
ствуется только тремя процентами.
Однако изобретатели холодных источников света
не стали брать пример со светляка. Химические
источники, света получаются маломощными и доро-
гими. Внимание ученых вернулось к родоначальнице
всех электронных приборов — разрядной трубке.
Было установлено, что разрядная трубка, напол-
ненная парами натрия, светит очень ярко и превра-
щает в свет до 50% потребляемой электрической
энергии. Натриевая лампа в 15 раз экономичнее
обычной электрической лампочки. Если бы не ее
желтый, неприятный свет, натриевая лампа вполне
могла бы соперничать с нашими лампами. Высокая
экономичность натриевых ламп доказала, что раз-
рядная трубка, наполненная разреженными газами
или парами, может стать выгодным источником
света.
Возникновение электронной лавины
Примерно 40—50 лет назад, то есть, когда элек-
трическое освещение только начинало вытеснять
керосиновую лампу, наука уже стала подготовлять
замену электрической лампочке.
Физики исследовали явления, происходящие
в разреженном газе под воздействием потока элек-
тронов. В стеклянной трубке, наполненной разре-
274
Рис. 81. Глубоководные рыбы снабжены светящимися
органами.
18*
женным газом — аргоном или неоном, атомы этих
газов беспорядочно движутся, непрерывно сталки-
ваясь между собой и ударяясь о стенки трубки. Эта
хаотичная толчея представляет собой обычное теп-
ловое движение. При температуре, которую назы-
вают комнатной, атомы аргона движутся со ско-
ростью О'Коло 350 метров в секунду.
Если к электродам трубки приложить напряже-
ние, то на атомы газа это особого «впечатления»
не произведет. Атомы — электрически нейтральны.
Положительный заряд ядра атома уравновешен
электронами, образующими оболочку атома, и
нейтральный атом ни к катоду, ни к аноду не при-
тягивается. Иное дело — электроны.
Движение электронов в металлической нити ка-
тода так же беспорядочно и хаотично, как и дви-
жения атомов в газе. Электроны вылетают из ка-
тода в окружающее пространство. Но, выскочив
за пределы катода, электрон тотчас же попадает во
власть электрического поля и мчится к аноду, по-
степенно убыстряя свой полет.
Электрон легок, он более, чем в 70 тысяч раз
легче атома аргона. Налетев на атом аргона, элек-
трон обычно отскакивает, как мячик, не теряя своей
скорости и меняя только направление движения,
атом же аргона вообще почти «не чувствует»
толчка.
Но так обстоит дело только, когда скорость
электрона при столкновении незначительна. Если
же напряжение в трубке велико, а давление газа
мало, электрон от столкновения до столкновения
успевает набрать большую скорость, тогда его
276
улар об атом приобретет другой характер. Элек-
трон нарушит оболочку атома аргона и выбьет из
нее электрон.
Ударивший электрон при этом потеряет значи-
тельную часть скорости. Зато свободными оказы-
ваются уже два электрона. И оба они, набирая ско-
рость, летят дальше, наталкиваясь на другие атомы
и выбивая из них новые электроны. Количество
электронов возрастает лавиной.
Атом, лишившийся одного из электронов, стано-
вится ионом, то есть он теряет электрическое рав-
новесие — приобретает положительный заряд. Этот
положительный заряд заставляет ионизированный
атом двигаться к катоду.
Ионы тяжелы, медлительны, им мешают посто-
янные столкновения с другими атомами, и они про-
бираются к катоду не спеша.
В конце концов ион достигает катода. Ударив-
шись о него, ион захватывает недостающий ему
электрон и отходит от катода, чтобы вновь в виде
нейтрального атома продолжать беспорядочный бег
в стеклянном баллоне.
Некоторые ионы налетают на катод со сравни-
тельно большой скоростью. Эти ионы, ударяясь
о катод, не только захватывают электроны, нужные
им для восстановления своей оболочки, но и вдоба-
вок вышибают из катода свободные электроны.
Эги освобожденные электроны летят к аноду и по
пути создают новые партии ионов.
Если быстрых ионов много, в газе возникают
все новые и новые лавины электронов, и ток
в трубке быстро возрастает. Если же быстрых
277
ионов мало, мгновенный ток, возникший от одиноч-
ного электрона, сам собой угаснет. Практически,
трубка не будет проводить ток.
Свечение разреженного газа
Электроны, сталкиваясь с атомами, не всегда
ионизируют их. Гораздо чаще такие столкновения
влекут за собой иные последствия. Свободный
электрон, ударившись об электронную оболочку
атома, не разрушает ее; атом не становится ионом,
но один из электронов его внешней оболочки силой
толчка отбрасывается на большее расстояние о г
ядра. Он переходит на более высокий уровень
энергии.
Обычно электрон не может долго оставаться на
высоком уровне, когда есть для него свободное ме-
сто на более низком. Электрон возвращается на
прежний уровень, и атомы, у которых были «повре-
ждены» или «возбуждены» электронные оболочки,
переходят в свое нормальное состояние и отдают
полученную ими при столкновениях энергию, испу-
ская световые кванты. Газ, по которому течет ток,
светится.
Электронные оболочки атомов различных хими-
ческих элементов неодинаковы. Они отличаются
друг от друга числом электронов и их размещением
на разных расстояниях от ядра. Поэтому атомы ка-
ждого химического элемента дают особый, свой-
ственный только им свет. На глаз их свечение отли-
чается по цвету, а призма разлагает их свет на ряд
характерных для каждого элемента спектральных
273
линий. Так, например, пары ртути излучают зелено-
вато-фиолетовый свет, пары натрия — желтый, газ
аргон — розовый, неон — оранжевый и т. д.
Если в цепь газоразрядной трубки включено зна-
чительное внешнее сопротивление, ток не может до-
стигнуть большой силы. Он заставляет газ све-
титься, но почти не нагревает его. Перед нами типич-
ный случай люминесценции — холодного свечения.
Но стоит уменьшить сопротивление во внешней
цепи, чтобы ток возрос. Тогда газ станет нагревать-
ся, электроды накаливаться, и холодный разряд пе-
реходит постепенно в горячий— образуется электри-
ческая дуга. При дуговом разряде свечение проис-
ходит и за счет люминесценции газа и за счет силь-
ного нагрева его.
Ртутные лампы при сравнительно небольшом
расходе энергии дают много света. К сожалению,
их свет обладает крайне неприятным зеленовато-
фиолетовым оттенком и кроме того содержит много
ультрафиолетовых лучей, невидимых, но вредных
для глаз. Ртутные лампы оказались полезными в
светокопировальных аппаратах, потому что их свет
сильно действует на копировальную бумагу и обес-
печивает быструю копировку.
Осветительные ртутные лампы, несмотря на их
мертвенно-синий свет, ввел на своих предприятиях
Форд, известный автомобильный фабрикант и покро-
витель фашистских организаций. Применение ртут-
ных ламп резко снизило расходы на освещение
цехов. То, что ртутные лампы дают свет, необы-
чайно вредный для зрения, Форда интересовало
меньше всего. Но вскоре в цехах, где ввели «фор-
довское освещение», у рабочих начали болеть глаза;
279
ожоги зрительного нерва обрекали рабочих на
слепоту. Только неоднократные забастовки, направ-
ленные против «ядовитого света», вынудили Форда
заменить слепящие лампы обыкновенными.
Непригодные для освещения, ртутно-кварцевые
лампы оказались полезными в медицине. Их назы-
вают лампами «горного солнца» или просто «квар-
цем». Врачи стали
Р и с. 82. Лечение «горным
солнцем» — светом ртутно-
кварцевых ламп.
применять их для ле-
чебных целей. Колбы
таких ламп делают
из кварца, так как
кварц очень прозра-
чен для ультрафиоле-
товых лучей.
Человеку для со-
хранения здоровья
нужен солнечный
свет, особенно его
ультрафио л е т о в а я
часть. Зимой люди
не получают необхо-
димой им порции
солнечных лучей: у
них начинается «све-
товое голодание», ко-
торое служит причи-
ной многих заболе-
ваний.
В Советском Союзе в рудниках, угольных шах-
тах, на строительстве тоннелей, или в цехах, где
люди работают исключительно при искусственном
свете, а также в школах, ремесленных училищах,
280
расположенных в северных широтах, устраивают
специальные фотарии.
Фотарий — это как бы столовая для питания че-
ловеческого организма ультрафиолетовыми лучами.
В фотариях горят лампы «горного солнца», их излу-
чение дает человеку ультрафиолетовые лучи, необ-
ходимые для укрепления организма. Разумеется,
когда применяют ртутно-кварцевые лампы для ле-
чебных целей, то глаза защищают специальными
очками (рис. 82).
Лампами «горного солнца» снабжены в Совет-
ском Союзе все детские лечебные учреждения. Лу-
чами этих ламп лечат рахит и многие другие забо-
левания, вызываемые «световым голоданием».
Победа русского света
Газосветные трубки, наполненные неоном; арго-
ном, гелием, парами натрия, украсили улицы и вит-
Р и с. 83. Газосветные трубки приспособили для
рекламных надписей и освещения витрин.
рины магазинов огнями разноцветных вывесок и
реклам.
281
Но эти осветительные приборы излучают цвет-
ной свет, и поэтому все попытки заменить электри-
ческую лампочку — газосветной потерпели неудачу.
Ни один газ и никакая смесь газов не дают нор-
мального белого света.
Пытаясь создать новые светильники, изобрета-
тели меняли давление газов в трубках; вместо того,
чтобы откачивать газ, создавая разрежение, нака-
чивали его в лампу, доводя давление до 20, 30 и
даже до 100 атмосфер.
При давлении в 100 атмосфер яркость аргоно-
ртутных ламп превышает яркость Солнца, но свет
остается все равно неприятным, зеленовато-фиоле-
товым. Ртутные лампы высокого давления нашли
применение в прожекторных установках, но для ком-
натного освещения они совершенно непригодны.
Белый свет испускают только твердые или жидкие
тела, и поэтому изобретение белых газосветных
ламп казалось совершенно невозможным делом.
Ведь для того, чтобы заставить вещество в газо-
светной трубке светиться, его надо превратить в пар,
а превратившись в пар, оно неминуемо теряет спо-
собность излучать белый свет. Это был тупик, пре-
пятствие, которое кроется в самой природе веще-
ства.
Однако непреодолимость этого препятствия
оказалась кажущейся. Выход из тупика нашел
в 1931 году академик С. И. Вавилов.
Советские физики, продолжая труды русских
изобретателей, создавших электрическое освеще-
ние, положили начало новой эпохе в светотехнике.
В 1938 году появились первые люминесцентные
лампы дневного и белого света.
282
Лампа дневного света — это стеклянная трубка
диаметром от 15 до 50 миллиметров и длиной
в 40 сантиметров и более. В трубку введено не-
сколько миллиграммов ртути и небольшое количе-
ство аргона. Аргон в лампе нужен для лучшего
использования электрической энергии в разряде,
свечение же разряда дают в основном пары
ртути.
Лампочка питается переменным током обычного
«городского» напряжения в 127 вольт.
Разряд в лампе поддерживается электронами, вы-
летающими из раскаленных электродов. Электроды
лампы предварительно накаливают электрическим
током. Как только электроды прогреются и возник-
нет интенсивный разряд, особое реле автоматиче-
ски выключает ток накала. В дальнейшем темпера-
тура электродов поддерживается за счет ударов
ионов о поверхности электродов.
В такой трубке светятся пары ртути, но их уль-
трафиолетовое излучение не выходит наружу.
Оно целиком остается в трубке, а глаз видит свет,
испускаемый твердым веществом — люминофором,
которым покрыта внутренняя поверхность трубки.
В этом-то и состоит основная идея С. И. Вави-
лова: цветное излучение газового разряда превра-
щается в белый свет с помощью люминофоров —
веществ, которые способны светиться под воздей-
ствием ультрафиолетовых лучей. Люминофоры были
известны раньше, ими покрывали экраны осцилло-
скопов, стрелки компасов и самосветящиеся цифер-
блаты и пр.
Состав смеси люминофоров можно подобрать
так, что она будет испускать «дневной» свет, то есть

свет, подобный свету ясного дня (солнце плюс го-
лубое небо), или белый свет, похожий на свет, рас-
сеянный облаками. Люминофор служит в трубке
световым трансформатором, он поглощает одни
лучи и испускает другие, нужные нам. Хотя свет па-
ров ртути очень богат ультрафиолетовыми лучами,
но эти вредные для зрения лучи полностью погло-
щаются люминофором и стеклом. Мягкое матово-
белое свечение люминофоров в этих лампочках со-
вершенно безвредно и приятно для глаз.
Лампы «дневного» света втрое экономичнее
электрической лампочки.
Лампы «белого» света дают свет более «теп-
лый», с легким желтоватым оттенком; они в четыре
раза экономичнее электрических лампочек, так как
преобразуют в свет 10—12% потребляемой энергии.
Новые источники света быстро завоевали все-
общее признание. У нас в Советском Союзе лампы
«дневного» света спустились в шахты, освещают
заводские цехи, музеи, выставки, витрины магази-
нов. Новые лампы уже начали вытеснять лампочку
накаливания.
Лампы «черного» света
Лампы «белого» света не дают ультрафиолето-
вых лучей. Оказалось возможным создать лампы,
которые, наоборот, не дают видимого света, а испу-
скают только ультрафиолетовые лучи. Эти лампы
действительно черные, они сделаны из черного
стекла, и заметить — горит такая лампа или не го-
рит — может только опытный человек.
284
Рис. 84. Лампа «Аида».
Конструкция ламп «черного» света разработана
тоже под руководством академика С. И. Вавилова.
Первая лампа этого типа, построенная советскими
учеными, называлась «Аида» (рис. 84). Последующие
выпуски черных ламп обозначаются маркой «ЧРК»,
что значит: черная ртутно-кварцевая (рис. 85).
По своему устрой-
ству «ЧРК» —обыч-
ная ртутно-кварце-
вая лампа, в которой
светятся пары ртути.
Эта лампа помещена
внутри колбы из
специального сорта
стекла, так называе-
мого «увиолевого»,
прозрачного для уль-
трафиолетовых лу-
чей. Чтобы сделать
колбу непрозрачной для
примешивают окиси никеля и кобальта. Такое стегаю
не пропускает видимого света, но оно прозрачно для
ультрафиолетового излучения.
Освещать комнату лампами «черного» света —
бесполезно. Темноты они не рассеют. Но эти лампы
могут заставлять светиться люминофоры и некото-
рые другие вещества и делать их видимыми.
Урок физики, посвященный люминесценции и
«черному» свету, учитель может вести при черных
лампах в полной темноте. Обыкновенный мел, сме-
шанный со светящимся веществом — люминофором,
будет чертить на классной доске яркие цветные ли-
нии, и все написанное будет поекрасно видно.
видимых лучей, к стеклу
285
Рис. 85. Лампа «черного света».
Географическая карта, обработанная растворами
светящихся красок, засверкает под ультрафиоле-
товыми лучами желтовато-зеленой сушей и голу-
быми морями. Всякая бумага слегка светится под
ультрафиолетовыми лучами, а родаминовые чернила
оставят на ней огненные, оранжево-красные строч-
ки. Нафтионовые чернила дадут светящийся фиоле-
товый след. Благодаря светящимся чернилам и ка-
рандашам, ученики будут видеть записанное, ре-
шать задачи, чертить и рисовать, хотя в классе бу-
дет царить темнота.
Составами, которые светятся при освещении их
лампами «черного» света, можно окрашивать ме-
бель, стены, двери, ткани. Яркость свечения зависит
от концентрации раствора, а цвет можно подобрать
любой: белый, золотисто-желтый, розовый, оранже-
во-красный, коричневый, желтовато-зеленый, изум-
рудный, голубой, сине-фиолетовый. Ткани, пропи-
танные такими составами, позволяют шить очень
нарядные, светящиеся, лучезарные платья.
Рецепты таких волшебных красок разработаны
советскими учеными Д. П. Лазаревым и Е. М. Брум-
бергом.
В лампе «дневного» света люминофор наносится
на внутреннюю поверхность самой лампы, и поэтому
286
она светится. Для пользования лампой «черного»
света люминофором покрывают те предметы, какие
нужно видеть в темноте. В этом своеобразие лампы
«черного» света.
Лампы «черного» света стали теперь необходи-
мой принадлежностью сценического оборудования.
Театральные декорации и костюмы, раскрашенные
разноцветными люминофорами, в лучах черных
ламп сверкают и искрятся, позволяя создавать феери-
ческие, сказочно-великолепные картины. С помощью
ламп «черного» света возможны эффектные по-
становки фантастических картин подводного цар-
ства в опере «Садко» или сцен из «Конька-Гор-
бунка».
Огонек горит светлее,
Горбунок бежит скорее,
Вот уж он перед огнем,
Светит поле словно днем;
Чудный свет кругом струится,
Но не греет, не дымится.
Диву дался тут Иван,
«Что,— сказал он,— за шайтан?
Шапок с пять найдется свету,
А тепла и дыма нету;
Эко — чудо-огонек!»
Сказочный чудо-огонек создан советской наукой.
«Не нужно обладать особым даром предвидения,—
пишет академик С. И. Вавилов,— чтобы предсказать
заранее то недалекое время, когда «холодный» свет
станет для каждого из нас столь же неизбежным и
привычным предметом обихода, каким является
электрическая лампа накаливания. «Холодный»
свет — это единственное рациональное решение
светотехнической проблемы, это освобождение от
287
проторенной дороги тепловых источников света, на
которую толкает нас природа, это овладение при-
родой, ее переделка. «Холодный» свет — это неотъ-
емлемая часть культурной жизни будущего комму-
нистического общества».
Лампа с «дверцей»
Разрядная трубка, наполненная разреженным га-
зом или парами ртути, послужила прообразом не
только для газосветных ламп, но и для многих дру-
гих важных приборов. Среди них большое значение
имеют различного рода выпрямители переменного
тока.
Двухэлектродная лампа с раскаленным катодом,
наполненная разреженным газом или парами ртути,
как и вакуумная электронная лампа, обладает спо-
собностью пропускать ток только в одном направ-
лении — от катода к аноду.
Однако сила тока, который пропускает вакуум-
ная электронная лампа, ограничивается величиной
термоэлектронной эмиссии — числом электронов, вы-
ходящих из раскаленного катода в единицу времени
(секунду). Силу тока в лампе можно увеличить
во много раз, если наполнить лампу разреженным
газом или парами ртути. Тогда ток будет переда-
ваться не только электронами, вылетающими из ка-
тода, но и значительно большим числом электронов
и ионов, возникающих благодаря ионизации газа.
Такая лампа с двумя электродами и газовым на-
полнением названа газотроном.
Особенно сильный ток дают ртутные лампы с
дуговым разрядом, называемые ртутными выпрями-
283
1ёлями. У них катодом служит поверхность жидкой
ртути, легко отдающая электроны при дуговом раз-
ряде.
Академик В. Ф. Миткевич еще в 1903—1905 го-
дах исследовал явление дугового разряда и указал,
что его можно использовать для выпрямления пере-
менного тока.
Первые высоковольтные ртутные выпрямители
промышленного типа построил в 1918 году в Ниже-
городской лаборатории В. П. Вологдин.
Разработанные советскими учеными, ртутные
выпрямители пропускают токи силой до 6000 ампер,
Такие выпрямители применяются на промышленных
предприятиях, на радиостанциях, и всюду, где необ-
ходим постоянный ток большой силы. Так, напри-
мер, не все знают, что трамваи получают ток не не-
посредственно с электрической станции, а от ртут-
ных выпрямителей с дуговым разрядом, которые
помещаются на трамвайных подстанциях и преоб-
разуют переменный ток в постоянный. Моторами
постоянного тока легче управлять, так как они ме-
няют направление вращения при изменении направ-
ления тока, легко давая и передний и задний ход.
Введение третьего электрода — сетки — обра-
щает газотрон в новый прибор — тиратрон, дей-
ствие которого до известной степени похоже на
действие вакуумного триода. Но вместе с тем ме-
жду обеими лампами есть и существенное раз-
личие.
На сетку в тиратроне подается отрицательное
напряжение. Пока оно достаточно велико, электро-
ны, едва вылетев из катода, сразу же вынуждены
возвращаться обратно. Они не успевают столкнуть-
19 М. Изапэзский
289
ся с атомами газа, а если сталкиваются, го все рав-
но оказываются не в состоянии их ионизировать:
скорость движения электронов для этого еще слиш-
ком мала и ток через лампу не идет.
Если постепенно уменьшать отрицательное на-
пряжение, то наступит момент, когда часть электро-
нов прорвется сквозь сетку. Эти «счастливцы» попа-
дут в сильное электрическое поле анода и получат
необходимый разбег. На длинном пути от сетки до
анода почти каждый из прорвавшихся электронов
встретит какой-нибудь атом газа и ионизирует его.
Число свободных электронов резко увеличится, нач-
нется лавинная ионизация. Ток резко возрастет,
мгновенно дойдя до максимального. Если теперь
вновь увеличить на сетке отрицательное напряже-
ние до первоначальной величины, ток отнюдь не
прекратится. Наоборот, он будет идти с прежней
силой.
Тиратрон — это лампа с «дверцей». Но «двер-
ца» эта весьма своеобразна: ее легко открыть, а за-
крыть не удается.
Чем же объясняется такое резкое отличие тира-
трона от вакуумного триода, который, как известно,
способен очень тонко регулировать силу анодного
тока? Отличие объясняется именно наличием газа в
тиратроне. Когда через лампу проходит сильный
ток, в газе появляется много положительных ионов.
Они, еще не дойдя до катода, окружают проволоки
отрицательно заряженной сетки, притягиваются
к ней, образуют вокруг проволочек сетки нечто вро-
де чехла и своими положительными зарядами ней-
трализуют ее действие.
Между такими заэкранированными проволоками
290
продолжают свободно проходить электроны, летя-
щие к аноду. Ток продолжает идти, хотя на сетку
и подано' как будто достаточно большое отрицатель-
ное напряжение. Его сила будет зависеть только от
мощности источника тока и от сопротивления
в цепи. Напряжение на электродах лампы при этом
сильно снизится, а мощность, затрачиваемая на га-
зовый разряд — неизбежные потери — станет наи-
меньшей.
Чтобы прекратить ток, нужно либо разомкнуть
цепь, либо дать отрицательное напряжение на анод.
Тогда он притянет к себе положительные ионы от
сетки и оттолкнет электроны к катоду. Ионизация
прекратится, сетка лишится экранирующих ее ионов,
и тиратрон будет вновь заперт — «дверца» за-
кроется.
Тиратрон часто служит для выпрямления тока.
При этом на его катод и анод подается переменное
напряжение. При переменном токе не требуется раз-
рывать цепь анода, так как при каждом периоде
на аноде появляется отрицательное напряжение.
Переменный ток сам приводит тиратрон к готовно-
сти для работы. «Дверца» закрывается — ток пре-
кращается в тот момент, когда переменное напряже-
ние на аноде, пройдя через нуль, станет отрицатель-
ным.
При обычном переменном токе в 50 периодов,
ток всегда запирается 50 раз в секунду, а отпи-
рается только при соответствующем уменьшении
отрицательного напряжения на сетке. В этом слу-
чае он пропускает своеобразный пульсирующий вы-
прямленный ток.
19*
291
При помощи сетки можно регулировать сред-
нюю силу этого выпрямленного тока. Он проходит
толчками, импульсами, за те полупериоды, при кото-
рых на анод подается положительное напряжение.
Так как это напряжение возрастает не сразу, а по-
степенно, в течение каждого рабочего полупериода,
то чем большее отрицательное напряжение подадим
мы на сетку, тем позже будет прорываться поток
электронов сквозь сетку в эти полупериоды, тем
короче будут промежутки времени, когда ток идет,
и сила проходящего через лампу тока в среднем бу-
дет меньше. Таким образом тиратрон может и вы-
прямлять переменный ток и регулировать его силу.
Весьма важное значение имеет тиратрон как пу-
сковое реле для всевозможных автоматических
устройств. Весьма малое уменьшение отрицатель-
ного напряжения на сетке тиратрона приводит
к образованию анодного тока большой мощности.
Иначе говоря, ничтожное изменение напряжения на
сетке приводит к включению сильного тока, ранее
запертого тиратроном.
Применение коронного разряда
В истории мореплавания записан случай, когда
капитан корабля, увидев на мачтах огни святого
Эльма, приказал матросу принести ему один из этих
огней. Матрос полез на мачту, к которой был при-
креплен флаг. На его древке виднелась светящаяся
кисть. Матрос хотел снять огонь вместе с флагом,
но как только он взял древко в руки, огонь пере-
292
Рис. 86. Огни святого Эльма.
скочил на верхушку мачты, и оттуда его снять не
удалось. Опустившись на палубу, матрос рассказал,
что огонь святого Эльма холодный, совсем не греет,
но шипчт, как сырое дерево в костре.
Ученые исследовали это интересное явление
и научились воспроизводить огни святого Эльма
в. лабораторных условиях.
Эти огни — один из видов электрического раз-
ряда, возникающего только на остроконечных, иголь-
293
чатых или проволочных электродах и при давлении
воздуха, близком к атмосферному. Такой разряд
получил название «коронного». Коронному разряду
нашли неожиданное и весьма остроумное приме-
нение, он стал исполнять обязанности трубочи-
ста-дымоулавливателя и сортировщика пылевых
частиц.
Внутри металлической трубы, диаметром около
полуметра и длиной до 10 метров, натягивают тон-
кую проволоку. Получается прибор, подобный газо-
трону, только очень больших размеров — с трехэтаж-
ный дом. Тонкая проволока по середине трубы слу-
жит катодом, а стенки трубы — анодом. Между
ними поддерживается постоянное высокое напряже-
ние в десятки тысяч вольт.
Благодаря тому, что поверхность отрицательного
электрода — проволоки — очень мала по сравнению
с площадью внутренней стенки трубы — положи-
тельного электрода,— электрическое поле в трубе
весьма неоднородно. Оно очень сильно у проволоки
и слабо у стенок трубы. Поэтому ионизация газа и
образование короны происходят только вокруг прово-
локи. Только здесь заметно свечение, только здесь
образуются ионы. Ток через всю толщу воздуха в
трубе поддерживается образовавшимися около про-
волоки отрицательными ионами.
Сквозь трубу прогоняют подлежащие очистке
топочные газы. Содержащиеся в них частицы несго-
ревшего топлива и золы притягивают к себе отри-
цательные ионы и сами заряжаются отрицательно.
Зарядившись, все эти пылинки под влиянием элек-
трического поля начинают двигаться к аноду —
к стенкам трубы и оседают на них. Разрядившись
294
у стенок трубы, пыль легко отделяется от нее и ссы-
пается в специальные бункера.
Таким образом удается улавливать до 99% ды-
мовых частиц.
Количество дыма, выбрасываемого фабрично-
заводскими трубами большого промышленного го-
рода, достигает чудовищных размеров. Одним из
самых неблагоустроенных в этом отношении горо-
дов является Лондон.
За год на территорию Лондона выпадает свыше
125 тысяч тонн дымовых и зольных частиц. Если
бы оседающие на лондонских улицах дымовые ча-
стицы не смывало дождем, если бы их ежедневно
не убирали, британская столица давным-давно была
бы засыпана золой и сажей до самых крыш. За-
грязнение воздуха лишает лондонцев половины
солнечного света.
Советское правительство, проявляя повседнев-
ную заботу об охране здоровья трудящихся, издало
особое постановление об охране атмосферного воз-
духа. Этим постановлением запрещено вводить
в эксплоатацию предприятия и котельные уста-
новки, не оборудованные приборами — фильтрами
для очистки газов.
Очистку производят разными способами, и очень
часто наиболее пригодными оказываются электро-
фильтры с коронным разрядом.'
Частицы различного химического состава по-
разному ведут себя в электрическом фильтре. Одни
движутся скорей, другие — медленней. Это позво-
ляет не только осаждать частицы дыма и пыли, но
и сортировать их. Фильтры с коронным разрядом
295
могут отделять вредные частицы от безвредных,
годные для использования — ст негодных.
Фильтры, сконструированные советскими инже-
нерами и физиками, служат в цехах, размалываю-
щих цемент и фосфориты, не допуская напрасных
потерь этих веществ. На химических заводах филь-
тры улавливают капельки серной кислоты и других
ценных продуктов, которые раньше беспрепятственно
улетали с топочными газами и через вентиляцион-
ные трубы. Одновременно с очисткой воздуха элек-
трофильтры сберегают эти ценные материалы.
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
БОРЬБА ЗА КОРОТКИЕ ВОЛНЫ
Неожиданное открытие
В двадцатых годах нашего столетия чуть ли не
в каждом городе строилась радиостанция. Многие
любители обзаводились собственными передатчи-
ками. Каждый работал на той волне, какая ему
больше нравилась: в эфире образовалась вредная
неразбериха.
Тогда было предпринято распределение радио-
волн между государствами и типами станций.
Волну в 600 метров выделили исключительно для
подачи сигналов бедствия — SOS. Длинные волны
предоставили широковещательным станциям. Корот-
кие волны, считавшиеся негодными для устойчивой
и дальней связи, уступили радиолюбителям.
По тогдашнему мнению специалистов короткие
волны позволяли вести передачу всего лишь на
20—30 километров. Дальнейшие события скоро
опровергли это заблуждение.
297
В 1923 году радиолюбители на волне около
20 метров установили двустороннюю связь через
Атлантический океан. Специалисты были удивлены:
маленькая коротковолновая радиостанция, мощ-
ностью всего лишь в 40 ватт, сделала то, чего не
могли добиться длинноволновые станции в десятки
киловатт. Короткие волны, которые, как казалось, не
могли преодолеть даже 50 километров, перенесли че-
ловеческое слово на расстояние в 10 000 километров.
В Советском Союзе подобные опыты по органи-
зации связи на коротких волнах были выполнены
профессором М. А. Бонч-Бруевичем и В. В. Татари-
новым. Они установили круглосуточную связь Мо-
сквы с Ташкентом и Владивостоком передатчиками
мощностью в несколько десятков ватт (на волнах
15—30 метров).
Ученые, инженеры, радиолюбители занялись ис-
следованием свойств радиоволн короче 50 метров.
Эти волны распространяются очень своеобразно.
Известен такой курьезный случай. Однажды в
окрестностях Рима возник большой пожар. Теле-
фон бездействовал. Вызвать пожарную команду
было невозможно. Один из местных радиолюбите-
лей-коротковолновиков стал посылать в эфир сиг-
налы бедствия. В это время какой-то датчанин вел
двусторонний разговор с римским радиолюбителем.
Приняв сигналы бедствия, датчанин немедленно
сообщил своему римскому собеседнику, чтобы тот
вызвал пожарную команду. Через 8 минут после
подачи сигнала римские пожарные выехали на ме-
сто. Так связь с Римом была установлена... через
Копенгаген.
Чтобы выяснить дальность действия радиопере-
298
датчиков, сделали опыт. Возле длинноволновой ра-
диостанции поместили коротковолновую. Оба пере-
датчика работали несколько суток подряд.
На автомобиль погрузили два радиоприемника.
Один из них принимал передачу длинноволновой
станции, другой — коротковолновой. Силу сигналов,
принимаемых каждым из приемников, отмечал на
телеграфной ленте записывающий автомат.
Автомобиль-лабораторию отправили в путь. По
мере удаления автомобиля слышимость коротковол-
нового передатчика быстро падала. На расстоянии
около 50 километров она исчезла совершенно. Пе-
редача длинноволновой станции была слышна хо-
рошо, хотя сила принимаемых сигналов и ослабела,
но совсем не в такой мере, как у коротковолнового
передатчика.
На пятисотом километре слышимость длинно-
волновой станции пропала, но зато появились
сигналы коротковолнового передатчика.• Вскоре
они достигли полной силы и были слышны так, как
будто автомобиль находился возле самой станции.
И сколько бы лаборатория ни удалялась от радио-
станции, сила сигналов уменьшалась очень медленно.
Существование «мертвого» пространства вокруг
коротковолнового передатчика и малая зависимость
силы приема от расстояния на большом удалении
от передатчика навели на мысль, что короткие вол-
ны распространяются не вдоль земной поверхности,
как предполагали раньше, а иным путем, и что на
расстоянии в несколько тысяч километров радио-
приемник улавливает не прямые сигналы радиостан-
ции, а отражение этих сигналов. Нужно было найти
то зеркало, от которого отражаются радиосигналы.
299
Еще в 1920 году М. В. Шулейкин указывал, что
следует изучить верхние слои атмосферы. Воздух
на высоте в 90 километров над землей сильно иони-
зирован ультрафиолетовым излучением солнца.
Ионизированные газы, как и все проводники, отра-
жают короткие радиоволны.
Рис. 87. Длинные волны по мере удаления ст радиостанции
слабеют, а короткие волны, многократно отражаясь от
поверхности земли и ионосферы, облетают вокруг земного
шара.
Следовательно, те сигналы коротковолновой
станции, которые распространяются вдоль земной
поверхности, быстро слабеют и гаснут. Сигналы же,
посланные вверх, достигают ионизированных слоев
воздуха — ионосферы — и отражаются от нее, как
от зеркала, обратно к земле. Попав на влажную
землю или на морскую поверхность, они вновь отра-
жаются к ионосфере, чтобы потом опять вернуться
к земной поверхности (рис. 87).
300
Радиосигналы гигантскими прыжками летят
между ионосферой и землей на десятки тысяч ки-
лометров. Они могут таким образом совершить даже
кругосветное путешествие.
Эти соображения скоро подтвердились на опыте.
Приемник, расположенный возле передатчика, ино-
гда принимает вслед за сигналами передающей
станции эхо этих же сигналов, облетевшее вокруг
земного шара. Такое кругосветное эхо,— а их иной
раз бывает несколько подряд,— сильно искажает
прием, так как, вследствие большой скорости рас-
пространения радиоволн, эхо отстает от сигналов
всего лишь на несколько десятых долей секунды и
смешивается с ними.
Контур надо уменьшить
Ученые, изобретатели, радиолюбители отчетливо
поняли преимущества коротких волн перед длин-
ными — радиопередача на коротких волнах звучит
чище, отчетливее, «атмосферики», то есть трески и
шумы, создаваемые грозовыми разрядами в атмо-
сфере, меньше мешают приему; короткие волны поз-
воляют поддерживать дальнюю связь с минимальной
затратой мощности и даже вести направленную пе-
редачу. Впоследствии они оказались незаменимыми
для локационных станций, радиодальномеров и дру-
гих навигационных приборов, а также для телеви-
дения.
И всем скоро стало совершенно ясно, что чем
короче волны, тем надежнее и устойчивее работают
на них многие радиоаппараты.
801
Надо осваивать более короткие волны, говорили
конструкторы и, чтобы добиться этого, стали умень-
шать размеры катушек самоиндукций и конденса-
торов колебательных контуров. Ведь чем меньше
самоиндукция и чем меньше емкость, тем короче
получаются волны.
Изобретатели дошли в конце концов до того,
что в катушке самоиндукции остался всего лишь
один единственный виток, а в конденсаторе — две
совсем маленькие пластины. Казалось, что дальше
сокращать контур уже некуда.
Развитие радиотехники в этой области несколько
затормозилось: надо было как-то преодолеть воз-
никшие затруднения. Изобретатели попытались со-
единить в одно целое катушку самоиндукции и кон-
денсатор и изготовили колебательный контур из
двух прямых и параллельных друг другу медных
проволок, соединенных перемычкой, наподобие
буквы П. Параллельные проволоки служили одно-
временно и емкостью и самоиндукцией.
Однако самое существенное препятствие, мешав-
шее освоению ультракоротких волн, заключалось не
в форме и размерах колебательного контура. Дело
в том, что любой, пусть даже самый маленький,
контур надо подключать к лампе с помощью со-
единительных проводов, а соединительные провода,
да и сама лампа, тоже обладают собственными
самоиндукциями и емкостями. И все эти самоин-
дукции и емкости — контура, соединительных про-
водов и лампы — складываются, и укоротить длину
волны ниже определенного предела не удается.
Следовательно, прежде всего надо изгнать из
схемы все соединительные провода — они только
302
мешают, а из контура и лампы составить одно це-
лое, один прибор.
Наиболее удобным для этой цели оказался кон-
тур, изготовленный наподобие покрышки автомо-
бильного колеса, то есть в виде пустотелого
кольца с разрезом вдоль его внутренней окруж-
ности.
Контур подобной формы получил название по-
лого или объемного резонатора. Для присоединения
такого резонатора к лампе никаких соединительных
проводов не требуется: его, как бублик, надевают
прямо на баллон лампы.
Электрон недостаточно быстр
Но и этого усовершенствования оказалось недо-
статочно. Обнаружилось новое, еще более серьез-
ное препятствие, которое зависит от свойств самого
электрона.
При длине волны в 1 метр частота колебаний на
сетке лампы составит почти 300 миллионов в се-
кунду. Если же укоротить длину волны до 10 сан-
тиметров, а именно этого и добивались ученые, то
частота достигнет 3 миллиардов колебаний в се-
кунду!
Как ни велика скорость электрона в электронной
лампе, все же он летит недостаточно быстро. Он не
успевает пролететь расстояние от сетки до анода,
как напряжение на сетке уже изменяется; анодный
ток перестает следовать за командами сетки.
Регулировщик уличного движения на перекрест-
ке должен включать зеленый или красный фонарь
303
светофора, обязательно сообразуясь со скоростью
транспорта. Нельзя менять сигнал раньше, чем
трамваи и автомашины пересекут перекресток. Если
же регулировщик начнет спешить, то шоферы, не
успевая следовать командам светофора, просто пе-
рестанут его слушаться, и на перекрестке произой-
дет беспорядок.
Сетка в лампе служит регулировщиком «улич-
ного» движения электронов. И в лампе тоже возник-
нет беспорядок, если на сетку подать слишком вы-
сокую частоту. Электроны начнут прибывать на
анод не во-время, опаздывать. Вся работа контура
нарушится.
Лампа — морской прибой
Электронной суматохи в лампе казалось бы
можно избежать. Для этого надо уменьшить рас-
стояние между катодом и анодом,— сблизить их, это
сократит время полета электронов в баллоне лампы.
Конструкторы взялись за переделку ламп. По-
явились лампы размером с пальчик — «пальчико-
вые» пентоды и размером с желудь — лампы
«желуди».
Но, увы, «хвост вытащишь — нос увязнет».
В «желудях» электронной «толчеи» не получается,
но зато между чересчур сближенными электродами
увеличилась емкостная связь. Опять плохо!
При большой внутренней емкости через лампу
начинает проходить переменный ток. Лампа пере-
стает выполнять одно из своих назначений —- слу-
жить выпрямителем тока.
304
Все это привело к мысли, что надо не только
объединить контур с лампой в одном приборе, но
создать совершенно новый тип лампы, предназна-
ченный специально для очень коротких волн.
Такие лампы были созданы советскими уче-
ными. В 1932 году Д. А. Рожанский разработал
проект лампы, получившей название клистрона.
Постройку клистрона осуществили в 1935 году
А. Арсеньева и О. Хейль. Слово клистрон в пере-
воде с греческою означает «морской прибой», и то,
что происходит за стеклянными стенками клист-
рона, действительно напоминает морской прибой,
когда волны равномерной чередой накатываются на
берег.
Клистрон представляет собой стеклянную труб-
ку, на которой надеты два «бублика», то есть два
объемных резонатора,
исполняющие обязанности
колебательных контуров.
•Как видно на рисун-
ке 88 в объемном резона-
торе клистрона роль ем-
кости — конденсатора —
исполняют сетки, а катуш-
ка индуктивности замене-
на металлической трубкой,
согнутой в кольцо и раз-
резанной внутри. Стрелки
показывают, как по ней
движутся электроны, ко-
гда в резонаторе происхо-
дят электрические коле-
бания.
Рис. 88. Объемный резона-
тор клистрона в форме бу-
блика, сделанного из ме-
таллической трубки с раз-
резом по внутреннему диа-
метру. Часть трубки выре-
зана, чтобы было видно, как
он устроен. Стрелки указы-
вают направления движения
электронов в резонаторе при
колебаниях.
20 М, Ивановский^

В одном конце трубки помещается электронная
пушка, по своему устройству похожая на электрон-
ную пушку осциллоскопа. Она посылает узкий и
прямой пучок электронов вдоль оси трубки по
направлению к аноду, который расположен в про-
тивоположном конце трубки (рис. 89). По пути от
электронной пушки к аноду электронам прихо-
дится пролетать через две пары сеток, которые
являются продолжением стенок объемных резо-
наторов.
К первому резонатору, то есть к первой паре
сеток подведено переменное напряжение высокой
частоты. Знаки зарядов на этих сетках непрерывно
и очень быстро сменяют друг друга,— когда на
одной сетке появляется минус, то на другой —
плюс. А через несколько десятимиллиардных долей
секунды плюс сменяется минусом, минус опять плю-
сом и так далее.
Электроны, выброшенные пушкой, летят до пер-
вой пары сеток все с одинаковой скоростью и
сплошным потоком. Попав в пространство между
сетками, электроны оказываются во власти высоко-
частотного поля этих сеток.
Постоянное электрическое поле действует на
электроны подобно ветру — на пылинки. Оно увле-
кает, гонит и несет эЛектроны, ускоряет их движе-
ние или, наоборот, замедляет его.
Переменное же поле можно сравнить с ветром,
который дует то спереди, то сзади, то есть пооче
редно и подгоняет электроны, и тормозит.
306
Рис. 89. Схема клистрона: сетки группирователя
разбивают электронный поток на отдельные
сгустки, которые отдают свою энергию сеткам
улавливателя.
Электронные сгустки
В тот момент, когда на сетке, более близкой
к электронной пушке, появляется плюс, на второй
сетке будет минус. Электроны, оказавшиеся в меж-
дусеточном пространстве, испытывают одновремен-
но воздействие обеих сеток.
Сетка, которую они уже пролетели, то есть
оставшаяся у электронов позади, притягивает их
к себе,— замедляет движение электронов. Вторая
сетка, которую, еще предстоит проскочить, оттал-
кивает электроны назад, то есть тоже замедляет, их
полет.
20»
307
Ё целом же получается так, как будто «ветер
дует электронам в лоб»,— электрическое поле сеток
тормозит их движение, и электроны покидает меж-
дусеточное пространство с пониженной скоростью.
Разумеется, что электроны, потеряв часть своей
скорости, отстают от тех электронов, которые про-
скочили сетки раньше их и летят впереди. В элект-
ронном потоке образуется разрыв.
В следующий миг сетки обмениваются знаками
зарядов. На первой сетке, более близкой к элект-
ронной пушке, появляется минус, и она начинает
отталкивать электроны, подгонять их. На второй
сетке минус сменяется плюсом, и она начинает при-
тягивать к себе электроны, то есть тоже ускоряет
их движение. И эти электроны покидают сетки, так
сказать, с «попутным ветром» и летят с повышен-
ной скоростью.
Вполне очевидно, что они тоже оторвутся от тех
электронов, которые движутся позади и занимают
их место в междусеточном пространстве. В потоке
электронов, миновавших первую пару сеток, обра-
зуются обособленные стайки.
Так как электроны, составляющие головной
отряд такой стайки, летят с пониженной скоростью,
а электроны, оказавшиеся в хвосте стайки, летят
с повышенной скоростью, то, очевидно, задние бу-
дут нагонять передних, и по мере продвижения впе-
ред стая электронов будет становиться все плотнее
и плотнее. Стайка собьется в довольно плотный
электронный сгусток, или, как иногда говорят,—
«пакет».
Такие электронные стайки-сгустки получаются
после каждой смены зарядов на сетках первого
308
резонатора. Следовательно, число электронных сгу-
стков, образующихся за секунду, равно частоте ко-
лебаний на сетках, а плотность электронов в ка-
ждом сгустке соответствует силе этих колебаний.
Итак, сетки первого резонатора рубят электрон-
ный поток на отдельные стаи и уплотняют их, сби-
вая электроны в «пакеты».
Подлетая к сеткам второго резонатора, который
называется улавливателем, эти электронные сгуст-
ки-пакеты обрушиваются на них подобно волнам
морского прибоя.
Сгустки один за другим проходят сквозь сетки
улавливателя и в силу индукции отдают им свою
энергию, возбуждая во втором резонаторе колеба-
ния той же частоты, что и в первом, но более мощ-
ные. Потеряв в улавливателе значительную часть
своей энергии, «отработавшие» электроны налетают
на коллектор, который выводит их из лампы.
Но невольно возникает вопрос: откуда же бе-
рется высокая частота, которой питают первый «буб-
лик»? На это легко ответить — от улавливателя.
Внутрь полостей обоих резонаторов введены концы
проводника, соединяющего резонаторы между со-
бой (рис. 89). Это устанавливается между обоими
резонаторами связь, благодаря которой клистрон са-
мовозбуждается, как и обычная генераторная лампа
с обратной связью в колебательном контуре.
В последние годы чаще всего применяют кли-
строны, работающие на волнах от 9 до 11 и от 3
до 3,3 см. Но уже изготовляются клистроны и для
волн в 7—8 миллиметров.
309
В вихре магнитного поля
Еще раньше клистрона появился другой прибор,
тоже предназначенный для создания очень коротких
радиоволн и названный магнетроном.
Магнетроны отличаются от
Рис. 90.
Движение
электрона,
попавшего
всех остальных радиоламп тем,
что управление электронным по-
током производится в них не
электрическим полем сетки, а маг-
нитным. Бели электрическое поле
сравнимо с обычным ветром, то
магнитное поле — это вихрь или
смерч.
Электрон, пересекая магнитное
поле, движется по дуге окружно-
сти, и чем сильнее поле, тем кру-
че изогнется траектория полета
электрона. Электрон в магнитном
поле вьется, как песчинка, под-
хваченная вихрем (рис. 90).
Эту особенность магнитного
в магнитное Поля использовали для создания
поле-	магнетронов. Первый в мире мощ-
ный магнетрон построили в
1939 году советские инженеры Д. Е. Моляров и
Н. Ф. Алексеев.
В магнетроне только два электрода — анод и
катод; сеток нет. Анод изготовлен в виде полого,
металлического цилиндра с толстыми стенками.
Катод имеет форму палочки или стержня и поме-
щается внутри полости анода в самом ее центре,
то есть он расположен по оси анода. В стенках
310
&нода, нараллельно «го оси, высверлены каналы,
соединенные боковой стороной с внутренней поло-
стью магнетрона; это объемные резонаторы (рис. 91).
Оба электрода находятся в сильном магнитном
поле, направленном так, что его силовые линии про-
низывают пространство между анодом и катодом
вдоль их оси.
На катод, как и в обычной лампе, подают отри-
цательное напряжение, на анод — положительное.
Катод подогрева-
ют электрическим то-
ком. Он испускает
электроны. Увлекае-
мые электрическим
полем, электроны
мчатся от катода к
аноду. Если б не бы-
ло магнитного поля,
они полетели бы по
прямым линиям, то
есть по радиусам, и
без помех «приземли-
лись» бы на аноде.
Но магнитное поле
диктует им свои за-
коны. Пересекая маг-
нитные силовые ли-
Рис. 91. Основные части разрез-
ного магнетрона. Электроны кру-
тятся вихрем вокруг катода. Элек-
трические колебания возникают
внутри каждого цилиндрического
канала, разрез которого служит
конденсатором.
нии, электроны сворачивают с прямого пути и не-
сутся по кругу, как щепки, попавшие в водоворот.
Напряжение на электродах и сила магнитного
поля подобраны с таким расчетом, чтобы элект-
роны поворачивали обратно к катоду как раз возле
самой поверхности анода. Они скользят вдоль
311
ан®да и летят назад. Ток через магнетрон почти не
идет.
Электроны же, вылетая из раскаленного катода,
накапливаются в «вихре» магнитного поля: в про-
странстве между катодом и анодом сосредоточи-
вается мощный электрический заряд.
Этот заряд не остается неизменным, на нем ска-
зывается влияние полых резонаторов, высверленных
в стенках анода. Под их воздействием электронный
вихрь начинает пульсировать, он то сжимается, то
расширяется. Но, расширяясь, электронный вихрь
каждый раз касается анода.
На анод обрушиваются миллиарды миллиардов
электронов сразу. Возникает резкий отрывистый тол-
чок, создающий в цепи анода колебания электриче-
ского тока. Такие толчки следуют один за другим —
магнетрон генерирует колебания.
Эти колебания происходят с частотой, которая
определяется размерами резонаторов и устройством
магнетрона.
Анодное напряжение на магнетрон подается не
все время, а только на очень короткие промежутки
времени мощными импульсами, например, на одну
стотысячную долю секунды через каждую сотую
долю секунды. После каждого такого импульса маг-
нетрон, создав в течение его колебания огромной
мощности, может «отдохнуть», а общий расход за-
траченной в секунду энергии оказывается не очень
большим — магнетрон каждую 0,00001 секунды ра-
ботает, а 0,01 секунды отдыхает.
В результате разных усовершенствований, со:
единив в себе колебательный контур с мощной лам-
пой, магнетрон стал очень портативным прибором.
312
Р и с. 92. Внешний вид
магнетрона
Современный мощный магнетрон свободно уме-
щается на ладони. Несмотря на столь скромные
размеры, он служит генератором исключительно
мощных электромагнитных колебаний (рис. 92).
Магнетрон, создающий радиоволны длиной около
3 сантиметров, способен на короткие промежутки
времени развивать мощность свыше тысячи кило-
ватт, а магнетрон, предназначенный для генерации
радиоволн около 10 сантиметров, развивает мощ-
ность в 2500 киловатт. Это делает магнетрон неза-
.менимым прибором для радиолокационных станций,
которые должны посылать сигналы мощными корот-
кими импульсами.
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
60ВРЕМЕННЫЙ „ЗОЛОТОЙ ПЕТУШОК"
Полет летучих мышей
Летучая мышь издавна интересовала натурали-
стов. Это очень странный зверек. Глаза у него кро-
шечные, слабые; с такими глазками даже днем
трудно что-либо разглядеть, а летучие мыши ле-
тают ночью, охотятся впотьмах, да еще как ловко
охотятся! Черными стрелами носятся они меж вет-
вей деревьев или под стропилами крыш, на лету ло-
вят комаров и ночных бабочек, и при этом ни разу
не заденут крылом за ветку или за балку.
Если впустить летучую мышь в большой темный
сарай,' в котором по всем направлениям натянуты
веревки, проволоки, понаставлены шесты и палки,
то летучая мышь все равно будет носиться по са-
раю, удивительно легко и ловко огибая все препят-
ствия.
Птицы так летать не могут. Воробей, выпущен-
ный в комнате из клетки, прежде всего ринется
ЭМ
к окну и, ударившись о стекло, расшибется. Лету-
чая мышь в закрытое окно не полетит. Но если
форточка будет открыта, мышь быстро найдет ла-
зейку и шмыгнет в нее.
Натуралисты хотели узнать, каким органом
чувств руководствуется летучая мышь в полете?
Что помогает ей ориентироваться ночью и в весьма
трудных условиях? Чтобы выяснить это, делали
различные опыты. Нескольких летучих мышей осле-
пили и выпустили. Слепые мыши летели не хуже зря-
чих. Значит, в полете мышь «смотрит» не глазами.
Быть может она пользуется осязанием? Кончик
носа и лапки летучей мыши покрыли лаком и отпу-
стили ее. Мышь летала, как ни в чем не бывало.
Может быть, у летучих мышей важную роль
играет обоняние? Липким пластырем заклеили мы-
шам носы и отпустили,— полетели прекрасно!
Остается еще слух! Уши у летучих мышей от-
менно большие. Уже сама величина ушей показы-
вает, что этот орган особо важен. Нескольким мы-
шам залепили воском уши.
С заткнутыми ушами мыши стали летать пло-
хо: одна ударилась о столб и разбила крыло, дру-
гая налетела на веревку.
Но как можно смотреть... ушами? Понятно, что
на ночной охоте слух незаменим. Комар летит —
звенит. Мышь слышит комариный писк и ловит
комара. Но ведь веревки, палки, ветки, стекла не
издают звуков! Мышь не может слышать веревку,
натянутую в сарае, а все-таки огибает ее. При чем
же тут слух? Это было неясно.
Единственное, чего не догадывались сделать уче-
ные,— это заклеить мышам липким пластырем рты
и посмотреть, как будут мыши летать с закрытыми
ртами. Людям и в голову не могло прийти, что
мышь может «освещать» дорогу голосом и «смот-
реть» ушами.
Опыты, которые ученые делали с летучими мы-
шами в конце XVIII века, ни к чему не привели.
Тайна полета мышей осталась тогда неразгаданной.
Только в недавнее время ученые нашли способ
видеть и ориентироваться ночью в тумане не хуже
летучих мышей и только недавно способ ориенти-
ровки этих ночных летунов стал нам понятен.
Открытие русского ученого
Летом 1897 года учебно-минный отряд Балтий-
ского флота ушел на Транзундский рейд в Выборг-
ском заливе, где обычно производили учебные
стрельбы.
По уставу минный офицер, проводивший прак-
тические занятия, должен был докладывать в штаб
отряда результаты каждой стрельбы. Он сообщал:
какая мина благополучно всплыла после выстрела,
какая утонула, за какой следует выслать шлюпку.
Передать семафором все эти известия было затруд-
нительно, поэтому связь решили организовать с по-
мощью беспроволочного телеграфа.
На транспортном судне «Европа», с которого
производились стрельбы, помощник А. С. Попова —
П. Н. Рыбкин установил передатчик, а на крейсере
«Африка», где помещался штаб отряда,— приемник.
Крейсер 2 ранга «Африка» был очень удобным
кораблем для опытов. Его огромные грот и фок-
316
мачты не несли парусного такелажа. Это позволяло
поднять антенну на большую высоту и увеличить
дальность передачи до пяти километров.
Во время этих опытов А. С. Попов заметил но-
вое и своеобразное явление. Каждый раз, когда
между транспортом «Европа» и крейсером «Афри-
ка» проходил крейсер «Лейтенант Ильин», передача
прерывалась. Приемная станция не слышала работы
передатчика. Перерыв продолжался до тех пор,
пока суда не сходили с одной линии. Крейсер
«Лейтенант Ильин» заслонял собой передатчик. Он
как бы «бросал тень» на приемную радиостанцию,
и она переставала принимать донесения.
В своем отчете об опытах А. С. Попов пра-
вильно оценил огромное значение сделанного им
открытия. Он предвидел, что оно со временем мо-
жет стать необычайно полезным: «применение
источников электромагнитных волн на маяках в до-
бавление к световому или звуковому сигналам мо-
жет сделать видимыми маяки в тумане и в бурную
погоду... Направление маяка может быть прибли-
зительно определено, пользуясь свойством мачт,
снастей задерживать электромагнитную волну, так
сказать, затенять ее».
А. С. Попов начал изучать замеченное явление.
Два года спустя, на лекции для минных офицеров
в Кронштадте, Попов показывал опыты, поясняю-
щие, как отражаются электромагнитные колебания
от металлических зеркал.
Преждевременная смерть прервала важные
исследования ученого. Открытие радиотени и отра-
жения электромагнитных волн от металлических
предметов — радиоэхо — было на время забыто.
317
Р и с. 93. Распространение
длинных, коротких и ульт-
ракоротких сантиметровых
волн. Ультракороткие волны
распространяются по пря-
мой линии, как свет.
Явления «радиотени»
и «радиоэха» были иссле-
дованы только в совет-
ское время академиками
Л. И. Мандельштамом и
Н. Д. Папалекси. Они
выяснили, как распростра-
няются радиоволны раз-
личной длины, нашли за-
коны, по которым эти вол-
ны огибают препятствия и
кривизну земной поверхно-
сти, в каких случаях они
отражаются, а в каких
поглощаются (рис. 93).
Свет огибает те пре-
пятствия, размеры кото-
рых значительно меньше
длины световой волны.
Так же ведут себя и ра-
диоволны. Но если свет
«не замечает» препятствий
в доли микрона, радио-
волны легко огибают
предметы в десятки мет-
ров,— ведь длина волны
широковещательной стан-
ции измеряется сотнями
метров. Поэтому трудно
говорить о сходстве рас-
пространения длинных
волн и света.
31S
Но чем короче радиоволны, чем больше они
похожи на световые. Метровые волны дают отчет-
ливую тень от предмета в несколько метров вели-
чины, а параболическое зеркало диаметром в 10—
12 метров сможет направить их узким, малорасхо-
дящимся пучком, похожим на луч прожектора. Чем
короче радиоволны, тем легче их направлять в нуж-
ную сторону, и тем более мелкие предметы можно
ими нащупывать, улавливая волны, отраженные
или рассеянные этими предметами.
Основываясь на трудах Л. И. Мандельштама и
Н. Д. Папалекси, а также на своих исследованиях,
член-корреспондент Академии наук СССР Д. А. Ро-
жанский и профессор Ю. Б. Кобзарев в 1932 году
создали проект первого советского ' радиодально-
мера. Впоследствии радиодальномер усовершенст-
вовали — появилась радиолокационная станция,
определявшая местонахожденйе цели, то есть на-
правление на цель и расстояние до нее.
Сигнал возвращается назад
Недавно ученые повторили .старинный опыт с ле-
тучими мышами. В большом и темном сарае натя-
нули множество веревок и проволок. Затем поймали
несколько летучих мышей, но им не стали делать
каких-либо операций, не выкалывали глаза, не
отрезали уши, а просто залепили мастикой рты и
отпустили.
Мыши летать на смогли. Они ударялись о натя-
нутые в сарае веревки, потому что перестали их
«видеть».
310
Оказалось, что мышь в Полете издает неслыши-
мые человеческим ухом звуки, так называемые
ультразвуки. Человеческое ухо в состоянии слы-
шать звуки, имеющие от 16 до 20 000 колебаний
в секунду. Самые низкие звуки, какие только до-
ступны нам, это гудение толстой струны контра-
баса. Самый высокий слышимый звук — скрип
стеклом по стеклу.
Летучая мышь издает в полете писк, недоступ-
ный для нашего уха, имеющий частоту 45 тысяч
колебаний в секунду. Она посылает звуки корот-
кими отрывистыми сигналами.
При взлете мышь попискивает 16 раз в секунду.
В полете частота ее сигналов увеличивается до 30,
а в трудных условиях полета среди натянутых ве-
ревок она попискивает 60 раз в секунду.
Рот у летучей мыши устроен рупором. Он на-
правляет звук только вперед. Большие уши служат
мышам приемником, которым они улавливают эхо
своего писка, отраженного от стен и других препят-
ствий. Звук распространяется в воздухе со ско-
ростью 340 метров в секунду. Мышь летает со
скоростью до 20 метров в секунду. Значит, она
успевает послать сигнал и получить его отраже-
ние — эхо. В этом — секрет уверенного полета
мыши. Мышь летит только туда, откуда нет эха,
где нет никаких препятствий. Поэтому летучую
мышь не обманывает прозрачное стекло,— она слы-
шит эхо от стекла и не летит на него. Летучие
мыши — живые локаторы. Мыши пользуются ко-
роткими звуковыми волнами, а в радиолокаторах
используются очень короткие радиоволны.
320
Р и с. 94. Летучая мышь.
Антенна коротковолновой радиолокационной
станции имеет форму вогнутого прожекторного
зеркала. Для уменьшения веса ее делают не из
сплошных металлических листов, а решетчатой или
сетчатой. Такая антенна посылает радиоволны не во
Bice стороны, как широковещательная радиостанция,
а узким лучом, подобно прожектору.
Направление радиолуча молено изменять по же-
ланию: поворачивать антенну, подымать ее или на-
клонять в любую сторону, как прожектор.
21 М. Ивановский	321
Если поток радиоволн не встретит на своем пути
препятствий, то он уходит в межпланетное про-
странство. Если же встретится какой-либо пред-
мет— корабль, самолет, скала, айсберг, здание,—
радиолуч отразится от него и пойдет обратно. Этот
отраженный радиосигнал улавливает приемник.
Время, которое потратил сигнал на путешествие до
цели и обратно, можно точно измерить.
Следовательно, направление на цель с помощью
радиолокатора определяется довольно легко. Цель,
например самолет или корабль, находится там, от-
куда вернулось эхо. Указателем направления слу-
жит антенна — она «смотрит» на цель. Если цель
движущаяся, то. наблюдатель, поворачивая антенну
или изменяя ее наклон, может неотступно следить
за целью, как следят за самолетом прожектористы,
когда его удается «поймать» лучом прожектора.
Современные радиолокационные станции указы-
вают направление цели с точностью в несколько со-
тых долей градуса. Когда цель расположена при-
мерно в 15 километрах от прибора, то ошибка по
вине локаторов составит всего лишь около 10 метров.
Радиолокатор, как и летучая мышь в полете,
посылает свои сигналы отдельными, отрывистыми
импульсами. Длительность каждого импульса со-
ставляет несколько миллионных долей секунды. Пе-
редатчик обязан прерывать работу, чтобы приемник
в паузах мог улавливать эхо, вернувшееся от цели.
«Рот» должен молчать, когда «уши» слушают.
В первых радиолокаторах «рот» и «уши» поме-
щались вдали друг от друга. Но так как передат-
чик и приемник все равно не могут работать одно-
временно, то такое разделение оказалось бесполе*-
32Й
ним, и Приборы объединили. Антенна радиолокатора
поочередно обслуживает то передатчик, то при-
емник.
Иногда антенну радиолокатора связывают с мощ-
ным световым прожектором; он зажигается по сиг-
налу радиолокатора и направляет свой мощный све-
товой поток прямо на неприятельский самолет, де-
лая его видимым на фоне темного ночного неба.
Измерив время, потраченное сигналом на путе-
шествие до цели и обратно, наблюдатель определяет
расстояние до нее. Вычисления несложны: одна де-
сятимиллионная доля секунды соответствует ^мет-
рам (за это время сигнал проходит 30 метров —
15 метров туда и 15 метров обратно).
Главная трудность заключается не в вычисле-
ниях, а именно в измерении необычно малых проме-
жутков времени — миллионных и десятимиллионных
долей секунды.
Измерение расстояний
Никакие часы,— ни астрономические с маятни-
ком, ни кварцевые эталоны частоты, не в состоянии
здесь помочь. Задача осталась бы нерешенной, если
бы не существовало электроннолучевой трубки.
Этот замечательный прибор стал в радиолокато-
рах счетчиком мельчайших долей секунды и одно-
временно вычислителем расстояний.
Известно, что вертикальные пластины в электрон-
нолучевой трубке заставляют электронный пучок
перемещаться в горизонтальном направлении. К этим
пластинам в радиолокаторе присоединено пульси-
?l*	823
рукэщее напряжение. Оно постепенно и равномерно
нарастает, а затем резко, мгновенно обрывается,—
падает до нуля.
Под воздействием вертикальных пластин элек-
тронный луч очень быстро пробегает от левого края
экрана до его правого края. Там он гаснет и в тот
же миг снова начинает свой путь слева направо.
Глаз видит на экране ровную горизонтальную ли-
нию.
Вторая пара пластин в электроннолучевой труб-
ке управляет движением луча в вертикальном на-
правлении. К этим пластинам присоединена антенна
радиолокатора. Как только передатчик пошлет в ан-
тенну очередной импульс, на пластинах появ-
ляются мгновенные электрические заряды, и элек-
тронный луч отклоняется — подскакивает вверх.
Глаз видит на горизонтальной светящейся линии,
у ее левого конца, словно всплеск,— остроконечный
зубец.
Спустя некоторое время антенна уловит радио-
эхо, отраженное препятствием. В антенне снова воз-
никнут электромагнитные колебания, и на управ-
ляющих пластинах опять появятся мгновенные элек-
трические заряды.
Электронный луч вторично отклонится, а на го-
ризонтальной линии образуется еще один всплеск —
второй остроконечный зубец.
Так как сигналы быстро следуют друг за дру-
гом, а свечение экрана исчезает не сразу, то оба
зубца — и от отправленного сигнала и от пойман-
ного радиоэха — бывают видны на экране одновре-
менно. Один — у левого конца горизонтальной ли-
нии, другой — правее его. Расстояние между зуб-
324
нами соответствует времени, которое затратил сиг-
нал на полет до цели и обратно. Еслй расстояние
до цели увеличивается, зубцы расходятся. При при-
ближении предме-
та—они сближаются.
Под горизонталь-
ной линией на экра-
не локатора нанесена
шкала расстояний.
Глядя на шкалу и на
всплески электронно-
го луча, наблюда-
тель сразу отсчиты-
вает расстояние до
цели.
На рисунке изо-
бражен светящийся
экран радиолокатора, имеющего дальность действия
до 300 километров. Всплеск, получившийся от ра-
диоэха, показывает, что до цели 140 километров
(рис. 95).
Группа ученых, работавших под руководством
профессора Ю. Б. Кобзарева, за создание радиоло-
кационной аппаратуры была удостоена Сталинской
премии первой степени.
Рис. 95. Экран радиолокатора.
Сквозь тьму и туман
В пушкинской сказке о «Золотом петушке» гово-
рится:
Чуть опасность где видна,
Верный сторож как со сна
Шевельнется, встрепенется,
325
К той сторонке обернется
И кричит: «кири-ку-ку! . .>
Современная техника осуществила сказочную
идею «Золотого петушка» и создала приборы боле»
совершенные, чем предвидела народная фантазия.
При правильном выборе длины волны, работа
радиолокатора не зависит от времени суток и по-
годы. Эти приборы «видят» ночью нисколько не
хуже, чем днем. Они «видят» и в тумане, непро-
глядном, как молоко. Густые тучи, сплошные обла-
ка, клубы пыли, дымовая завеса или мгла, иногда
застилающая горизонт,— для радиоволн прозрачны,
почти как чистый воздух.
Все, что скрыто от глаз тьмой, расстоянием, ту-
маном, дымом или пылью, благодаря радиолокато-
рам становится видимым.
Некоторые радиолокационные станции имеют
вращающиеся антенны, и их радиолуч непрерывно
обшаривает небо и землю, показывая наблюдателю
план окружающей местности и все, что происходит
над ней и на ней.
Вспомогательные электронные приборы сооб-
щают не только направление и расстояние до цели,
но и ее высоту над землей, скорость и направление
ее движения. Такими радиолокаторами с экраном кру-
гового обзора снабжают самолеты и морские суда.
Наконец, современная техника создала приборы
еще более удивительные. Имеются, например, радио-
локационные станции, которые не только замечают
появление самолета или корабля, но и определяют,
чей он — свой или чужой. Бели чужой, они начи-
326
нают следить за ним, одновременно приводя в дей-
ствие артиллерийские приборы. Орудия, ведомые
локатором, подымают и поворачивают свои жерла
навстречу врагу. Они неотступно следуют за ка-
ждым его движением. Артиллеристу остается только
нажать кнопку и в нужный момент открыть огонь,
чтобы уничтожить противника.
Один из морских боев во второй мировой войне
длился всего лишь 30 секунд: корабли противника
были обнаружены радиолокационной станцией и
молниеносно поражены огнем артиллерии главного
калибра.
Зоркость радиолокаторов не уступает зоркости
оптических приборов. Радиолокатор может заметить
консервную банку, прыгающую на волнах в 10 кило-
метрах от станции.
В последние месяцы войны подводные лодки
даже ночью с опаской всплывали на поверхность и
делали это в случаях крайней необходимости. Для
пополнения запасов свежего воздуха и перезарядки
аккумуляторов они предпочитали подымать на по-
верхность трубу воздухопровода. Однако даже та-
кие предосторожности не спасали немецкие подвод-
ные лодки.
Радиолокаторы «морских охотников» и гидроса-
молетов замечают перископ или конец воздухопро-
вода, едва высунувшиеся из воды. Из 1174 подвод-
ных лодок, которыми располагала фашистская Гер-
мания, было обнаружено и уничтожено 785.
Радиолокационные станции бывают самых раз-
личных размеров. Одни из них весят десятки тонн
327
и снабжены исполин-
скими антеннами,
другие — немного
больше чайного ста-
кана.
Локаторы-лилипу-
ты предназначены
для снарядов зенит-
ной артиллерии. Эти
локаторы представ-
ляют собой малень-
кое чудо современ-
ной техники. Они по-
мещаются в головке
зенитного снаряда.
В столь малом про-
странстве распола-
гаются: передатчик,
приемник, антенна.
Рис. 96. Разрез радиовзрыва- пять крошечных ра-
теля зенитного снаряда. диоламп, ИСТОЧНИКИ
питания и другие де-
тали радиолокационной станции.
Раньше зенитные снаряды, даже при очень мет-
кой стрельбе, зачастую пролетали возле самолета,
не причиняя ему никакого вреда. Подсчитано, что
на каждый сбитый самолет тратилось до 5000 обыч-
ных зенитных снарядов.
Снаряд, снабженный радиолокационными взры-
вателями, не слеп: он «видит» цель и, оказавшись
на расстоянии 15—20 метров от вражеского само-
лета, взрывается, поражая его осколками (рис. 96).
Такими снарядами английская зенитная артилле.
325
рия в годы войны вела огонь по немецким самоле-
там-автоматам— «Фау-1». До применения «видя-
щих» снарядов, из каждой сотни «Фау-1» удава-
лось сбить над морем 5—6. Снаряды, снабженные
«радиоглазом», изменили это соотношение. Из сотни
«Фау-1» Лондона достигали только 4—5, остальные
уничтожались огнем зенитной артиллерии.
Первый «разговор» с Луной
В Советском Союзе радиолокаторы быстро на-
шли себе применение в народном хозяйстве. Они
широко обслуживают морской и воздушный транс-
порт.
Теперь грузовой или пассажирский пароход идет
в туманной мгле или ночью так же уверенно, как
и в ясный солнечный день. Радиолокатор заранее
предупреждает капитана о приближении встречного
судна или айсберга, в тумане пересекающего путь
корабля. Штурман не сетует на облака, скрываю-
щие от него солнце и звезды и мешающие ему
ориентироваться.
Радионавигационные приборы, принимая сигналы
радиомаяков, позволяют уверенно вести корабль по
заданному курсу. Радиорулевой управляет рулем,
не позволяя кораблю «рыскать» и уклоняться в сто-
рону. Радиокурсограф автоматически прокладывает
на карте курс, отмечая положение корабля. Точ-
ность определения места корабля на расстоянии
2000 километров от радиомаяка весьма велика,
ошибка не превышает 100—200 метров,
329
Рис. 97. Экран кругового обзора.
/ — самолеты, 2 — кучевые облака, 3 —
елоисто-кучевые облака, 4 — озера, 5 —
крыши домиков, 6 — место наблюдателя,
7 — след газов от моторов самолета, на
котором находится наблюдатель.
Когда корабль
находится близ
суши, радиолока-
торы показывают
панораму бере-
га — скалы и ри-
фы, прибрежные
города и гавани
(рис. 97).
Летчик на са-
молете, снабжен-
ном радиолокато-
ром с трубкой
кругового обзора,
сквозь густые об-
лака видит землю
под собой. Яркими
ниточками светят-
ся на экране же-
лезные дороги,
сверкают метал-
лические крыши
зданий, темнеют ленточки рек и пятна озер. На
экране видна карта местности, над которой летит
самолет, и летчик без особого труда может ориенти-
роваться. Благодаря радиолокации и радиона-
вигации так называемый «слепой» полет стал
«зрячим».
В короткой, но богатой событиями летописи ра-
диолокации записано замечательное достижение.
Вечером 10 января 1946 года, когда взошла Луна,
радиосигнал, посланный человеческой рукой,. во-
рвался в межпланетное пространство, достиг Луны и
330
Рис. 98. Радиолокация Луны.
вернулся обратно, чтобы доложить о расстоянии, от-
деляющем Землю от ее соседа и спутника (рис. 98).
Способ радиосвязи с Луной и ближайшими
к Земле планетами указали советские ученые
Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси. Они же раз-
работали приемы измерения межпланетных расстоя-
ний при помощи радиосигналов.
Первый опыт измерения расстояния до Луны по-
казал могущество современной науки.
Когда настанет час старта первого космического
корабля, его поведут сигналы астрорадиомаяков, и
радиостанции Земли будут поддерживать с отваж-
ными путешественниками непрерывную связь.
ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ
СВЕТ И ТОК
Успехи фотоэлемента
В первые десятилетия своего существования фото-
элемент, как и катодная трубка, был только физи-
ческим прибором. Он служил для научных исследо-
ваний, но практического применения ему не нахо-
дилось.
Инженеры, совершенствуя фотоэлемент, ничего
по существу в нем не изменили. Основные части при-
бора оставались теми же, что были и у Столетова:
два электрода — чувствительный к свету катод
с большой поверхностью; анод, имеющий вид не-
большого колечка или сеточки; батарея или другой
источник постоянного тока.
Оба электрода заключены в стеклянный баллон,
из которого выкачан воздух. Современный фотоэле-
мент похож на электрическую лампочку. Но их
сходство только внешнее. Эти приборы имеют
333
совершенно противоположное назначение: освети-
тельная лампочка преобразует электрическую энер-
гию в свет, а фотоэлемент преобразует световую
энергию в электрическую.
Когда на катод фотоэлемента падают световые
лучи, через прибор идет ток. Чем ярче свет, тем
сильнее фототок. Однако даже самый яркий свет
рождает в фотоэле-
Катод
Р и с. 99. Схема, составленная из
фотоэлемента, реле и вентилятора.
Лучи света, падая на катод фо-
тоэлемента, включают ток и при-
водят в движение вентилятор.
менте незначитель-
ный по силе ток, из-
меряемый миллион-
ными долями ам-
пера.
Поэтому физики
присоединили к фо-
тоэлементу ламповый
усилитель. Через
усилитель фотоэле-
мент может приво-
дить в действие ре-
ле — автоматический
выключатель тока.
Простейшее реле
представляет собой
небольшой электро-
магнит с легким и
подвижным якорь-
ком на пружинке.
Когда через обмотку
электромагнита про-
ходит даже очень
слабый ток,— магнит притягивает якорек, а тот, за-
мыкая цепь от какого-либо сильного источника тока,
334
приводит в действие двигатели и механизмы, соеди-
ненные с этим источником тока (рис. 99).
Возможно и другое включение реле: когда маг-
нит притягивает к себе якорек,— цепь разомкнута.
Но как только ток в обмотке электромагнита пре-
кращается, якорек перестает притягиваться, пружин-
ка отрывает его от сердечника электромагнита и
прижимает к контактам источника сильного тока:
происходит включение исполнительной цепи.
В союзе с усилительной радиолампой и реле фо-
тоэлемент перестал быть только физическим при-
бором. Он начал нести службу в промышленности.
Сначала фотоэлемент приспособили для автома-
тического подсчета изделий на конвейерах и транс-
портерах.
С одной стороны ленты транспортера поставили'
маленький фонарик, бросавший поперек ленты узкий
пучок параллельных лучей. С другой стороны
транспортера, напротив фонарика, поместили фото-
элемент. Световой пучок падал на фотоэлемент, и
через фотоэлемент шел ток.
Изделия, двигаясь по транспортеру, проходили
мимо фотоэлемента и заслоняли собой свет фона-
рика. Ток в цепи фотоэлемента прекращался. Элек-
тромагнит реле отпускал якорек. Падая, якорек при-
водил в движение механизм счетчика. Каждый раз,
когда изделие преграждало луч света, счетчик при-
бавлял единицу. Так, изделия, проходя мимо фото-
элемента, считали «сами себя».
Фотоэлемент, соединенный с радиолампой, реле
и счетчиком, учитывал готовую продукцию спокойно,
аккуратно — дни, недели, месяцы, не утомляясь, не
ошибаясь и не требуя особого ухода.
31»
После первых удачных опытов, фотоэлементы
начали устанавливать на многих рабочих местах,
а провода провели к счетчикам в диспетчерскую
комнату. Диспетчер, глядя на выстроившиеся перед
ним счетчики, видел, как идет работа на любом уча-
стке, сколько заготовлено деталей и сколько выпу-
щено готовой продукции.
Фотоэлемент заставили охранять банк. В стенах
коридора, ведущего в хранилище, установили не-
сколько потайных фонариков. Они бросали тонкие
пучки невидимых инфракрасных лучей. Лучи пере-
секали коридор, образуя незримую решетку.
На противоположной стене напротив каждого
фонарика укрепили фотоэлементы, чувствительные
к инфракрасным лучам. Провода от каждого фото-
элемента шли к реле сигналов тревоги.
Достаточно было пересечь хотя бы один луч,—
по всему зданию заливались звонки, с грохотом за-
хлопывались стальные створки дверей-ловушек, ко-
торые преграждали выход злоумышленнику. Фото-
элемент оказался прекрасным «сторожем».
У входных дверей гостиниц тоже стали устанав-
ливать фотоэлементы. Каждый посетитель, входя
в подъезд, неминуемо пересекал световой луч: фото-
элемент «замечал» появление человека и через реле
включал несколько механизмов. Небольшие электро-
моторы распахивали двери, в вестибюле вспыхивал
полный свет, а чучело медведя раскрывало пасть и
произносило человеческим голосом: «Милости про-
сим!», «Добро пожаловать!» или «Извините, сегодня
в гостинице свободных номеров нет!..» Фотоэле-
мент стал «швейцаром».
В Советском Союзе «электрический глаз» занял
336
йочетное место в технике безопасности. Световыми
лучами ограждают опасные пространства под паро-
выми молотами, под штампами прессов, высоко-
вольтные установки. Достаточно рабочему нечаянно
попасть рукой или даже пальцем в опасную зону —
фотоэлемент мгновенно включит тормозное устрой-
ство, и машина остановится. .
Достоинства фотоэлемента — мгновенность дей-
ствия, постоянная бдительность и, в соединении
с реле, способность приводить в движение любой
исполнительный механизм — были по заслугам оце-
нены конструкторами и изобретателями.
На одной международной выстагже фотоэлемент
приладили к телескопу.
Телескоп направили на определенную точку неба,
а реле фотоэлемента соединили со всеми механиз-
мами выставки.
Настал вечер. Гости, съехавшиеся на выставку,
толпились у ворот. Тысячи любопытных облепили
ограду, всматриваясь в безлюдную территорию вы-
ставки.
В поле зрения телескопа появился Арктур —
звезда первой величины из созвездия Волопаса. Луч
света Арктура скользнул в телескоп и упал на фо-
тоэлемент. Реле замкнуло контакт, и в тот же миг
на всей территории выставки вспыхнули огни, осве-
тились павильоны и дорожки. Распахнулись сами
собой ворота, ударили фонтаны. Заиграла музыка,
заработали все действующие модели машин и стан-
ков. Побежали вагончики электрической железной
дороги. На мачте, освещенной прожекторами, взвил-
ся флаг, а в воздух взлетели сотни разноцветных
ракет. Все это «проделал» слабенький луч звезды,
22 М. Ивановский
337
пойманный фотоэлементом. Это он привел в движе-
ние множество различных механизмов — выключа-
телей, моторов, фонтанных кранов, радиол, ракет-
ниц и прожекторов.
Но и это было лишь началом применения фото-
элемента, его первыми шагами в практической
жизни.
Служба вторичных электронов
Советские ученые выработали для катодов фо-
тоэлементов составы, чувствительные и к ультра-
фиолетовым лучам, и к видимому свету, и к неви-
димым инфракрасным лучам.
У современных фотоэлементов катоды изготов-
ляют в основном двух типов — кислородно-цезиевые
и сурьмяно-цезиевые. И те и другие чувствительны
к видимому свету, однако, наибольшую чувствитель-
ность они проявляют, когда их освещают лучами
определенного цвета. Кислородно-цезиевые даю г
ток наибольшей силы при освещении инфракрасными
лучами. Сурьмяно-цезиевые чувствительны к ультра-
фиолетовым и видимым лучам.
Баллоны фотоэлементов, после откачки воздуха,
иногда наполняют разреженным газом — неоном или
аргоном. Присутствие этих газов в фотоэлементе
повышает его чувствительность.
Электроны, вылетевшие из катода, сталкиваясь
с атомами газа, могут ионизировать их. В резуль-
тате таких столкновений возрастает число электро-
нов, попадающих на анод, и сила тока увеличи-
вается,
338
&то большое преимущество. Но ему, к сожале-
нию, сопутствует недостаток, свойственный газовым
приборам. В создании тока в газонаполненном фото-
элементе участвуют не только легкие, подвижные
электроны, но и сравнительно тяжелые, неповоротли-
вые ионы. (Ион аргона почти в 70 тысяч раз массив-
нее электрона.) Пока эти ионы раскачиваются да
пока доберутся до катода,— проходит время. По-
этому газонаполненный фотоэлемент начинает дей-
ствовать не мгновенно, ему требуется некоторое вре-
мя на «раскачку». За быстрыми изменениями силы
светового луча ток не поспевает: с прекращением
действия света, разогнавшиеся ионы в течение не-
скольких миллионных долей секунды еще продол-
жают по инерции налетать на катод. Ток прекра-
щается не сразу.
У фотоэлементов, наполненных разреженным га-
зом, ослаблено их важное достоинство — мгновен-
ность действия — безинерционность. Впрочем это зло
на практике часто неощутимо.
Присутствие разреженного газа в баллоне фото-
элемента увеличивает его чувствительность в 6 —
12 раз. Это уж не столь большое достижение. Тех-
ника настоятельно требовала создания значительно
более чувствительных фотоэлементов.
Остроумное решение этой задачи нашел ленин-
градский инженер Л. А. Кубецкий. Он увеличил силу
тока фотоэлемента ни мало ни много, а в несколько
миллионов раз!
В своем фотоэлементе изобретатель, кроме ка-
тода и анода, поместил еще несколько электро-
дов. Эти дополнительные электроды получили на-
звание эмиттеров, что означает — испускатели.
22*
339
Рис. 100. Схема фотоумножения. Показано, как между
эмитерами возникает лавина электрона.
Л. А. Кубецкий покрыл эмиттеры кислородно-цезие-
вым составом, который легко отдает свои элек-
троны. Работает фотоэлемент Кубецкого так: свет
вырывает из катода электроны. Они летят к первому
эмиттеру и ударяются об его поверхность. Каждый
электрон выбивает 3—4 электрона, а иногда даже
и больше.
Рис. 101. Фотоумножитель Кубецкого.
Электроны, вылетевшие из первого эмиттера, на-
правляются ко второму 'эмиттеру и -выбивают еще
по 3—4 электрона, которые устремляются к третьему
эмиттеру. Там повторяется то же самое. Третий
эмиттер в свою очередь умножает количество элек-
тронов и отсылает их к четвертому (рис. 100).
340
Рис. 102. Фотоумно-
житель Векшинского.
Поток электронов растет, как снежный ком.
Конечно, чтобы электрон был способен выбивать
из эмиттеров новые электроны, он должен обладать
достаточной энергией. Поэтому на каждый после-
дующий эмиттер подается напряжение примерно на
100 вольт более высокое, чем
на предыдущий. Кроме того,
чтобы электроны попадали с
одного эмиттера на другой, не
сбивались с дороги, приме-
няются различные системы
управления при помощи элек-
трических или магнитных полей.
На фотографии трубки Ку-
бецкого видно, что трубка
имеет 16 электродов. 2 из
них — катод и анод, а 14 —
эмиттеры (рис. 101).
Какое же усиление могут
дать эти 14 эмиттеров? Допу-
стим, что каждый электрон,
ударяясь о поверхность эмит-
тера, выбивает всего лишь по
3 вторичных электрона. Зна-
чит, каждый электрон, выле-
тевший из катода, выбьет из
первого эмиттера 3 электрона.
От второго эмиттера их полетит уже 3X3 = 9, от
третьего—27, от четвертого — 81, от пятого — 243.
От девятого эмиттера в путь отправится 19 683 элек-
трона, от двенадцатого — 531 441. После четырна-
дцатого эмиттера на анод попадает 4 782 969 элек-
тронов! Свыше четырех с половиной миллионов!
34!
Одна трубка Л. А. Кубецкого может заменить
множество усилительных ламп, которые обслужи-
вают фотоэлементы других типов, усиливая их сиг-
налы. Прибор Л. А. Кубецкого получил название
фотоумножителя. Его автор был удостоен Сталин-
ской премии.
Фотоумножители были значительно усовершенст-
вованы профессорами П. В. Тимофеевым и С. А. Век-
шинским (рис. 102).
Зоркие помощники
Изобретения и усовершенствования, сделанные
советскими учеными, намного улучшили фотоэле-
менты, и круг их обязанностей необычайно расши-
рился.
Когда, например, полагается включать уличное
освещение? Обычно это делается в заранее установ-
ленные часы. И в пасмурную погоду и безоблачным
ясным вечером фонари вспыхивают на улицах в одно
и то же время. Утром же они гаснут, когда захо-
чется диспетчеру. Иной раз приходится видеть, как
фонари горят до полудня. Это — напрасная трата
энергии.
Теперь во многих городах Советского Союза за
силой дневного света следят фотоэлементы. Как
только становится действительно темно, они вклю-
чают свет—в пасмурные дни и в узких улицах
раньше, в ясные вечера и на площадях и набереж-
ных — позже. Утром фотоэлементы так же аккурат-
но гасят свет.
Фотоэлементы, помещенные внутри фабрично-за-
водских труб, контролируют и регулируют работу
342
котельных топок. Густой дым затемняет, ослабляет
свет фонарика, обслуживающего фотоэлемент. Фото-
элемент приводит в действие механизмы, управляю-
щие топкой: прочищаются колосники, подается
больше воздуха, устанавливается нормальный ре-
жим горения топлива.
На боевых кораблях фотоэлемент помогает со-
блюдать маскировку. Черные столбы дыма, выры-
вающиеся из труб, делают корабли заметными за-
долго до появления эскадры на горизонте. Фото-
элемент зорко следит, чтобы топливо сгорало без
дыма.
С каждым годом расширяется применение кон-
трольных и сигнальных фотоэлементов. Они стано-
вятся такими же привычными, как пишущая ма-
шина, электрическая лампочка, термометр, телефон,
водопровод.
Искусственный глаз астронома
Астрономы уже давно задумывались, чго хорошо
бы в некоторых случаях заменить наблюдателя
у телескопа автоматическим прибором.
Ученые знали, что света звезды достаточно для
срабатывания фотоэлементов, но не умели заставить
его отметить с точностью до нескольких тысячных
долей секунды момент прохождения звезды через
меридиан обсерватории.
Н. Н. Павлов, астроном и одновременно радио-
любитель, решил изобрести прибор, заменяющий
наблюдателя. Ученый начал работу в 1934 году и
декоре узнал, что и за границей тоже конструи-
343
руют электрический наблюдатель. Опыты неизменно
заканчивались неудачей. Изобретатели не находили
способа создать искусственный глаз, который мог
бы соперничать с человеческим.
Советский ученый продолжал работать, он был
уверен в успехе, потому что он жил и трудился
в советской стране.
Первый прибор, построенный Павловым, был
слеповат, он видел фонари, но не замечал звезд.
Чувствительность заграничных фотоэлементов, вы-
писанных в обсерваторию, была слишком мала.
Слабые лучи звездного света не оказывали на них
никакого действия. Перышко самозаписывающего
аппарата, соединенного с фотоэлементом, чертило
унылую, совершенно прямую линию.
Вскоре советские ученые изобрели новый тип
фотоэлементов. Павлов приобрел его и поставил
в свой прибор.
В декабре 1935 года Н. Н. Павлов приступил
к опыту. Для начала была выбрана самая яркая
звезда нашего неба — Сириус.
Лучу звездного света надлежало скользнуть
в астрономическую трубу и сквозь узкую щель
упасть на фотоэлемент. В это мгновение в фотоэле-
менте возникнет слабенький электрический ток. Уси-
ленный радиолампами, этот ток должен подейство-
вать на магниты самозаписывающего прибора —
хронографа. Магниты притянут якорек, якорек
щелкнет, и прикрепленное к нему перышко поставит
на телеграфной ленте зубчик.
Наступал решительный момент: Сириус прибли-
жался к меридиану обсерватории. Профессор Пав-,
344
лов следил за медленным перемещением звезды
в поле зрения инструмента.
Вот еще мгновение! Еще полсекунды...
Громко щелкнули магниты хронографа. Перышко
дрогнуло и поставило на ленте отчетливый зубчик.
Это Сириус своим лучом расписался в прибытии
на меридиан обсерватории. Прибор впервые «уви-
дел» звезду.
Правда, Сириус очень ярок, заметить такую
звезду — не велика заслуга, но, как говорится, лиха
беда начало!
Ученый продолжал совершенствовать свое изоб-
ретение, и два года спустя его искусственный глаз
по чувствительности сравнялся с человеческим.
В 1946 году работа в основном была закончена.
Профессор Павлов опубликовал свое изобретение.
«Электрический глаз» астронома имеет вид круг-
лой коробки величиной с литровую банку. Он
привинчен к окуляру астрономического инструмента
и составляет с ним одно целое.
В тот момент, когда звезда проходит через ме-
ридиан обсерватории, луч ее света падает на фото-
элемент, и на ленте самозаписывающего прибора по-
является зубчик. Второе перышко самозаписываю-
щего прибора, соединенное с точными астрономиче-
скими часами, отмечает на той же ленте секунды.
Астроном берет ленту с отмеченными сигналами
звезды и часов, спокойно, не торопясь, измеряет
промежуток между сигналами и определяет, на-
сколько ошибаются — спешат или отстают — астро-
номические часы. А по этим часам потом проверяют
ход всех часов Советского Союза.
345
Электрический глаз, в отличие от живого наблю-
дателя, никогда не спешит, не волнуется, не устает,
не допускает ошибок.
Советские астрономы выиграли битву за точ-
ность и обеспечили отечественной Службе времени
более надежную работу, чем в любой капиталисти-
ческой стране.
Правительство СССР присудило профессору
И. Н. Павлову Сталинскую премию.
«Великий немой» заговорил
Как только на экранах кинотеатров появились
первые «немые» кинофильмы, изобретатели начали
думать,— нельзя ли сделать слышимой речь героев
фильма? Некоторые предприимчивые владельцы ки-
нотеатров решали эту задачу наипростейшим спо-
собом,— они нанимали актеров-чтецов, усаживали
их позади просвечивающего экрана, и актеры, глядя
на экран, говорили те слова, какие должны были
произносить действующие лица в кинофильме.
Зрители слышали голоса за экраном, и наиболее
легковерным казалось, что картина «говорящая».
Такое «озвучивание» картины, разумеется, не ре-
шало задачи создания звукового кино.
Внимание изобретателей привлек граммофон. Его
стали соединять различными способами с кинопроек-
ционным аппаратом. Демонстрация картины сопро-
вождалась звуками, записанными на граммофонной
пластинке.
Однако и эти опыты, казавшиеся вначале много-
обещающими, не увенчались успехом, потому что
346
изобретателям не удавалось добиться дружной ра-
боты киноаппарата и граммофона. Согласованность
все время нарушалась.
Действующие лица на экране начинали говорить
с закрытыми ртами, реплики путались; зрители, ко-
гда нужно было плакать, хохотали.
Встретились и другие препятствия. Пластинки,
даже изготовленные по особому заказу — «голиа-
фы» диаметром в полметра, были малы. На них
не умещалось звучание целой части фильма. Во
время демонстрации картины приходилось останав-
ливать киноаппарат, чтобы сменить пластинку. Изоб-
ретатели поняли, что «в одну телегу впрячь не
можно коня и трепетную лань»; граммофон невоз-
можно объединить с киноаппаратом.
Звук надо записывать не отдельно от изображе-
ния, а вместе с ним — на той же киноленте. Воспро-
изводить звук и проектировать изображение па
экран также должен один аппарат.
Эта совершенно правильная идея была вначале
осуществлена механическим способом. Звуковую бо-
роздку на киноленте прорезали острым резцом или
продавливали иглой.
В проекционном аппарате игла скользила по бо-
роздке и заставляла колебаться мембрану, переда-
вая звучание через рупоры в зал. Зритель видел кар-
тину на экране перед собой, а звуки неслись к нему
сзади. Это портило впечатление. К тому же звуча-
ние было слабым, усиливать его еще не научились.
Главный недостаток оставался неустраненным:
звук записывался механически, а изображение —
фотографически. Звуковая бороздка быстро снаши-
валась, действующие лица в картине начинали
8.47
сипеть, кашлять; фильм становился не говорящим,
а хрипящим.
Стало ясно, что «великий немой» (так называли
кино до того, как оно стало говорящим) обретет
дар речи только тогда, когда звук будет записан
инструментом, несравненно более точным и более
острым, чем стальной резец. Таким резцом мог
стать только световой луч.
Возможность графической записи звука светом—
в виде черной или светлой волнистой линии — была
доказана еще в 1883 году замечательным русским
физиком П. Н. Лебедевым, и подтверждена
в 1889 году изобретателем А. Винцемским.
Однако создать звуковое кино даже в начале
нашего века было невозможно. Тогда не было аппа-
рата, способного «читать» светопись звука, не было
«электрического глаза».
Фотоэлемент, изобретенный А. Г. Столетовым
в 1888 году, оставался еще недостаточно совершен-
ным прибором.
«Великий немой» заговорил лишь в тридцатых
годах нашего столетия. С развитием электроники
были созданы более чувствительные фотоэлементы
и усовершенствованные усилительные радиолампы.
Над созданием звукового кино работали одно-
временно три советских изобретателя — П. Г. Тагер,
А. Ф. Шорин и В. Д. Охотников. У всех трех изобре-
тателей звук записывался тонким световым лучом
на светочувствительной кинопленке. Разница заклю-
чалась в способах, какими заставляли световой луч
«записываться».
А. Ф. Шорин включил в цепь микрофона метал-
лическую ленточку, натянутую между полисами
348
магнита, 14а лентбчку падал узкий пучок свёта, k6j
торый затем направлялся на кинопленку. В спокой-
ном состоянии лента затеняла ровно половину све-
тового пучка и оставляла на пленке ровную темную
полоску. Но когда перед микрофоном говорили,
пели или играли на музыкальных инструментах,
по ленте протекал переменный ток, вызываемый
звуковыми колебаниями мембраны микрофона.
Под влиянием тока лента двигалась, колебалась
в магнитном поле и пропускала то более, то менее
узкий пучок света на пленку. И на движущейся
пленке звук записывался в виде Зубчиков разной
высоты в соответствии с шириной пучка света, про-
пущенного лентой.
В аппаратах В. Д. Охотникова и П. Г. Тагера
звуковая дорожка получалась в виде полоски оди-
наковой ширины, без зубцов, но зато почернение
пленки на ней было различным в разных местах до-
рожки. В этих системах токи микрофона изменяли
не ширину светового пучка, а его интенсивность.
Приборы звукового кино читают оба вида записи
одним и тем же способом. Луч света пронизывает
движущуюся в аппарате звуковую дорожку и па-
дает на фотоэлемент. Дорожка ослабляет луч то
больше, то меньше: или зубчики уменьшают его ши-
рину, или же почерневшая в той или иной степени
пленка — ослабляет интенсивность луча. И в том и
в другом приборе фотоэлемент получает то больше,
то меньше света и дает ток, колеблющийся по силе.
Этот ток поступает в усилители, а оттуда в громко'
говорители, поставленные рядом с экраном, и зри*
тель слышит все звуки, сопровождающие съемку.
Аппаратом Тагера — «тагефоном» — была за-
349
снята первая советская звуковая картина «Путевка
в жизнь». Потом в студиях появились более совер-
шенные аппараты Шорина.
Ныне Советский Союз располагает самой совер-
шенной техникой звукозаписи и звуковоспроизве-
дения.
Говорящие часы
Звукочигающие аппараты нашли самое разнооб-
разное применение. Благодаря нм мы можем поль-
зоваться так называемыми «говорящими» часами,
которые в любую минуту сообщают по телефону
точное время.
Набрав номер «говорящих часов», человек слы-
шит в трубке спокойный, внушительный голос:
— Двадцать часов пятьдесят две минуты.
Если абонент не повесит трубку, то «говорящие
часы» так же невозмутимо повторят:
— Двадцать часов пятьдесят две минуты.
Если в этот момент минута кончилась, часы ска-
жут:
— Двадцать часов пятьдесят три минуты.
Говорящие часы находятся на телефонной стан-
ции. Там они занимают отдельное затемненное по-
мещение, на дверях висит табличка: «Вход воспре-
щается».
«Говорящие часы» любят одиночество и темноту.
На обыкновенные часы они совершенно не по-
хожи. У них нет ни циферблата, ни стрелок. Точный
часовой механизм соединен с большим алюминие-
вым барабаном. На одном краю барабана надеты
350
ЛёНТы, на которых записан голос человека, произ-
носившего часы: ноль часов, один час, два часа и
так далее до двадцать третьего часа. На другом
краю барабана надеты ленты с записью минут.
Сбоку барабана укреплено два электрических
глаза — фотоэлемента. С помощью тонкого свето-
вого луча они читают запись звука — каждый па
своей ленте.
Первый читающий прибор целый час читает одно и
то же: «двадцать часов», «двадцать часов».. . Как
только час пройдет, механизм передвинет электри-
ческий глаз к следующей ленте, и он начнет читать:
«двадцать один час», «двадцать один час»...
Левый читающий прибор переходит с ленты на
ленту быстрее, так как он читает только минуты.
Оба «электрических глаза» читают строго пооче-
редно: сначала правый прочтет часы, затем левый
добавит минуты.
Читают эти приборы «про себя». Воспринятые
световые колебания они превращают в колебания
электрического тока и посылают их в усилители.
А из усилителей сигналы передаются по телефонным
проводам.
Поэтому в помещении «говорящих часов» не
только темно, но и тихо. «Говорящие часы» умеют
говорить только по телефону.
Со временем фотоэлемент станет настоящим чи-
тающим прибором. В 1949 году на XIII Всесоюзной
радиотехнической выставке два радиолюбителя де-
монстрировали прибор для слепых. Он позволяет
слепым читать книги, напечатанные типографским
способом, но только не буквами, а особой узорча-
той линией.
351
Изобретатели работают над созданием буквочи-
тающего аппарата, который мог бы читать газеты и
книги так же, как читаем их мы. В этом нет ничего
невозможного. Такие приборы будут вслух читать
книги слепым или людям со слабым зрением.
На все века
После усовершенствования звукозаписи на кино-
пленке, изобретатели нашли новый, очень простой
способ сохранения и воспроизведения звуков. Этот
способ осуществлен в аппарате, который назван
магнитофоном.
Из пластмассы, смешанной с порошком ферро-
магнитного вещества (например, магнетита), изго-
товляют гибкую ленту, узкую, как тесьма. Эта лента
скользит между электромагнитами магнитофона,
к которым подведен электрический ток от микро-
фона, несущий звуковые колебания. Под воздейст-
вием колеблющегося магнитного поля порошок, ко-
торый содержится в ленте, намагничивается в точ-
ном соответствии со звуковыми колебаниями.
В магнитофоне соединены вместе звукозаписы-
вающий, звукоснимающий и звукостирающий при-
боры. Намагниченная лента, проходя сквозь звуко-
воспроизводящую часть аппарата, вызывает своим
магнитным полем индуктированные токи, которые в
телефоне дают очень чистое, без всяких посторон-
них шумов, звучание. Слушая радио, невозможно' от-
личить передачу из студии от передачи магнитофон-
ной записи.
Если же запись оказалась неудачной или же она
152
больше не нужна, включают звукостирающий при-
бор, где магнитофонная лента размагничивается.
После этого ее можно употреблять снова.
В радиоцентрах, наряду с книжными библиотека-
ми, имеются обширные фонотеки, где на полках стоя г
плоские картонные коробки, а в них — оперы, концер-
ты, лекции, доклады и записи выдающихся событий.
Очень часто в тот момент, когда мы слушаем
лекцию или концерт, лектор, читавший эту лекцию,
или актеры, выступавшие перед микрофоном, сидят
дома, пьют чай и слушают сами себя: их выступле-
ния были предварительно записаны магнитофоном.
Пройдут многие годы, века. Наши потомки смо-
гут услышать те самые оперы и песни, какие слу-
шаем мы, в исполнении артистов, которых давно не
будет в живых.
Люди будущего увидят на экранах наши заме-
чательные звуковые фильмы: «Ленин в Октябре»,
«Ленин в 1918 году», «Великий перелом», «Клятва»,
«Сталинградская битва», «Падение Берлина».
Перед нашими потомками пройдут героические
годы нашего исторического столетия, когда народы
Советского Союза мужественно отстаивали свою
Родину и дело мира. Они будут слышать голоса
великих деятелей нашей Сталинской эпохи.
Дальновидение
В 1922 году профессор Петроградского Техноло-
гического института Б. Л. Розинг отмечал 25-летие
своих первых попыток изобрести телевизор или, как
он называл его тогда,— электрический телескоп.
28 М. Ивановский
553
В этот памятный для него год 54-летний ученый рё*
шил подвести итог всей прошлой деятельности,
оглянуться на пройденный путь, посмотреть, что же
в конце концов сделано, и передать преемникам
свой богатый опыт.
Профессор Розинг написал маленькую книжку,
где на 56 страницах изложил итог многолетних тру-
дов. Он писал, что может дать человечеству дально-
видение: «Нам откроются тайны и богатства боль-
шей части поверхности нашей планеты, которая до
сих пор скрыта под покрывающими ее водами. Опу-
ская приемные аппараты подобного телескопа в глу-
бину океанов, можно будет видеть жизнь и сокро-
вища, которые там таятся. Можно будет проникнуть
в расщелины гор и в потухшие вулканы, заглянуть
внутрь твердой оболочки земли.
«Инженер будет видеть все, что делается в ма-
стерских, в складах, на работах».
«Больной, прикованный к кровати, через посред-
ство этого прибора войдет в связь с недоступной
ему общественной жизнью. Он будет в состоянии
видеть все, что делается на улицах, площадях и в
театрах».
«Вы, ожидая приезда своего друга, заранее уви-
дите его выходящим с платформы вокзала».
«Такой прибор не только будет способствовать
расширению нашего кругозора, он сможет заменить
человека в разных обстоятельствах, например, в тя-
желой сторожевой службе... Такой глаз, конечно,
не закроется от усталости или сна. Он будет сторо-
жить на путях сообщения, около хранилищ, в боль-
ницах. ..»
И затем изобретатель начинает рассказывать
о пройденном им тернистом пути.
Б. Л. Розингу сначала казалось, что для дально-
видения можно использовать светочувствительные
фотопластинки, особым образом приготовленные.
Воображение рисовало ему схему будущего фото-
химического телевизора: в нем должно быть две
пластины, покрытые бесчисленным множеством све-
точувствительных элементов. Одна из этих пластин
будет служить приемником изображения, другая —
экраном, показывающим это изображение. Обе пла-
стинки должны соединяться между собой прово-
дами.
Ученый начал опыты, стараясь найти способ при-
готовления светочувствительных фотопластинок,
годных для дальновидения. Опыты не привели
к удаче, да и сама идея прибора, как убедился Ро-
зинг, была в корне неверна. Соединение бесчислен-
ного множества светочувствительных элементов бес-
численным множеством проводов — практически не-
осуществимо.
Изобретатель решил, что его «видящий» прибор
должен иметь мозаичный (составленный из кусоч-
ков) светочувствительный электрод, и соединять его
с прибором, показывающим изображение, следует
одним проводом.
Банки с хлористым серебром, из которого Розинг
пытался приготовить светочувствительные пластинки,
были оставлены. Началась новая серия опытов.
Изобретателю пришла счастливая мысль — приспо-
собить к телевизору электроннолучевую трубку.
Безинерционный, быстрый электронный луч, бегая
по мозаичному электроду, может помочь делу.
23*
355
Розинг начинает знаменитые опыты с электронно-
лучевой трубкой. Он водит по экрану приемного ап-
парата металлической палочкой, а электронный луч
рисует на экране трубки вензеля.
Это удача! Электроннолучевая трубка может по-
казывать изображение!
Успех окрыляет, но победа одержана только ча-
стичная. Прибор «видит» то, что нарисовано на
экране палочкой, но не видит изображения, отбро-
шенного световыми лучами.
Изобретатель обращается к селену. Селен — про-
стое вещество, родственное сере и чувствительное
к свету. В темноте селен плохо проводит ток, а на
свету в 3—4 раза лучше.
Эта особенность селена объясняется тем, что
в нем происходит то же явление, что и в фотоэле-
менте Столетова: свет «выбивает» электроны из обо-
лочек атомов. Только в фотоэлементе Столетова
электроны, освобожденные светом, вылетают нару-
жу — за пределы фотокатода, а в селене они
остаются внутри вещества и только содействуют
прохождению электрического тока.
Поэтому явление, происходящее в фотоэлементах
Столетова, называется внешним фотоэффектом,
а явление, происходящее в селене — внутренним фо-
тоэффектом. Приборы, приготовленные из мате-
риалов, подобных селену, меняющие на свету сопро-
тивление электрическому току, получили название
фотосопротивлений.
Розинг применил селеновые фотосопротивления
для изготовления «видящего» электрода и остался
ими недоволен. Селен не мгновенно отзывается на
изменения силы света. Он уменьшает сопротивление
356
электрическому току не сразу, тратит время на рас-
качку, а потом, когда свет перестает падать, селен
так же постепенно, с затяжкой, увеличивает сопро-
тивление. «Неповоротливость» селена разочаровала
Розинга.
Селеновые пластинки были оставлены, как и
банки с хлористым серебром. Вместо селеновых
фотосопротивлений изобретатель взял столетовские
пустотные фотоэлементы.
Найден правильный путь
«Опыты развиваются дальше,— описывает про-
фессор Розинг новый этап работы,— одна оптиче-
ская система сменяется другой, катодная трубка по-
крывается обмотками проволок... прибор со всех
сторон обставляется батареями, реостатами, выклю-
чателями, измерительными приборами; опыты как бы
переносятся в подземелье — в комнату, закрытую
от дневного света, где по целым часам гудят бы-
стро вращающиеся зеркала; полосы яркого электри-
ческого света мелькают кругом, а перед глазами на
темном поле флуоресцирующая точка непрерывно
бежит по бесконечной зигзагообразной линии как бы
со скоростью почтового поезда».
«Необходимость регулирования нескольких рео-
статов и батарей, отсчеты измерительных приборов,
замыкание и размыкание десяти выключателей дер-
жат нервы в напряженном состоянии.
А между тем опыты дают все еще неопределен-
ные результаты»
357
Наконец в записной книжке появляется запись:
«9 мая 1911 г. в первый раз было видно отчетливое
изображение четырех параллельных светлых
линий.. .»
Проходит около года, и опыты показывают, что
вполне определенных результатов получить нельзя
с самыми лучшими фотоэлементами, пока фотоэлек-
трический ток не будет усилен каким-либо образом
во много десятков £аз. Тогда начинается погоня за
различными приемами усиления этого тока.
С сентября 1912 года по декабрь того же года
составляется около 30 схем фотоэлектрической цепи,
имеющих одну цель — усиление тока. К марту
1913 года число их возрастает до 52. К концу ок-
тября записывается 85 схем. 23 мая 1914 года при-
думывается сотая схема. Под конец их число дохо-
дит до 123!..
Наша страна является родиной самой совершен-
ной системы дальновидения или, как иногда гово-
рят, соединяя греческий корень слова с русским,—
«телевидения», основанной на применении электрон-
ного луча. Профессор Б. Л. Розинг нашел верный
путь для осуществления телевизионной передачи. Он
придумал светочувствительный мозаичный электрод,
приспособил для целей телевидения электроннолуче-
вую трубку, применил столетовские фотоэлементы.
Телевизор был изобретен, но все еще оставался сле-
пым. И это нельзя считать виной или ошибкой Ро-
зинга. И фотоэлементы, и усилительные радиолам-
пы, и электроннолучевые трубки в ту пору находи-
лись в младенческом состоянии. Идеи Розинга на
два десятилетия опередили развитие электронику
358
Другие изобретатели, не имея возможности ис-
пользовать надлежащим образом свойства электрон-
нолучевой трубки, были вынуждены пойти по пути,
намеченному польским инженером П. Нипковым.
В аппаратах Нипкова, как в передающих, так и
в приемных, главную роль играл вращающийся диск
с несколькими десятками ма-
леньких отверстий, просвер-
ленных по спиральной линии
(рис. 103).
В «видящем» приборе по-
зади такого диска помещался
фотоэлемент, а в «показы-
вающем» приборе — неоновая
лампочка.
Объектив давал на вра-
щающемся диске четкое изо-
бражение рассматриваемого
предмета, и отверстия диска
пробегали по нему, выделяя
из него узенькие полоски. Фо-
тоэлемент воспринимал разное
количество света в зависимо-
сти от того, по каким участкам
Ширина
изображения
Рис. 103.
Диск Нипкова.
изображения пробе-
гало очередное отверстие диска и соответственно
изменял силу тока. Этот фототок, во много раз уси-
ленный электронными лампами, поступал на прием-
ную станцию и питал неоновую лампочку, которая
изменяла свою яркость в зависимости от силы сиг-
налов, полученных ею от фотоэлемента.
Приемный диск быстро и синхронно вращали,
так что его отверстия проходили перед лампочкой
точно такие же пути, как отверстия передающего
359
диска ио изображению предмета, даваемому объек-
тивом. Отверстия в диске одно за другим пробегали
мимо неоновой лампочки, и глаз видел мигающее,
мелькающее изображение.
Телевизоры Нипкова были не электронными,
а механическими аппаратами со всеми недостат-
ками, присущими таким устройствам. Советские ин-
женеры И. А. Адамиан, С. И. Какурин, М. А. Бонч-
Бруевич, М. В. Шулейкин создали несколько различ-
ных конструкций телевизоров с диском Нипкова.
Их аппараты отличались сравнительной простотой
устройства и дешевизной.
В 1928—30 годах в Советском Союзе началась
большая и планомерная работа по созданию теле-
визионных приемников и передатчиков.
Во Всесоюзном электротехническом и в Ленин-
градском электрофизическом институтах, наряду
с разработкой механических систем телевизоров,
деятельно совершенствовался электронный телеви-
зор Розинга. Были изучены свойства серебряно-це-
зиевых фотоэлементов, разработаны усилительные
устройства, изобретен фотоумножитель. Все это за-
кладывало фундамент будущих высококачественных
телевизионных станций и приемников.
Механические телевизоры просты. Их без особо-
го труда строили даже пионеры в детских техниче-
•ких станциях. Конструкторы механических телеви-
зоров быстрей добились успеха, и их аппараты пер-
выми вышли в эфир, опередив электронные телеви-
зоры на несколько лет.
Первая советская телевизионная передача со-
стоялась 2 мая 1931 года. О ней было объявлено
так:
86G
«2 мая, впервые в СССР, будет произведена
опытная передача телевидения по радио с коротко-
волнового передатчика РИЗИ-1 Всесоюзного элек-
тротехнического института (Москва) на волне 36,6 м.
Будут передаваться изображения живого лица и фо-
тографии. Любители телевидения смогут увидеть
тех, кто работал в ВЭИ над осуществлением этой
передачи, увидят фотографии вождей революции и,
наконец, увидят рабочих-экскурсантов, которые по-
луторатысячной массой вольются в этот день
в стены института для осмотра его лабораторий...»
1 октября 1931 года через московские широкове-
щательные станции начались регулярные передачи
телевизионных программ. Успех телевизионных пе-
редач был необычайный.
Телевидение, как и радио, в нашей стране с nep-v
вого дня служит общественно-полезным целям. За
рубежом — иначе. Первая телевизионная передача
в США была, например, устроена с места... казни
негра. По радио также передавались вопли и стоны
казнимого.
Иконоскоп — электронный глаз
Б. Л. Розингу — основоположнику электронного
дальновидения еще при жизни удалось видеть осу-
ществление его идеи. Два советских изобретателя—
инженеры Константинов из Ленинградского элек-
трофизического института (в 1930 году) и Катаев
из Всесоюзного электротехнического института
(в 1931 году) изобрели «зрячую» электроннолучевую
Ml
Р и с. 104. Глаз послужил моделью и для фотоаппарата и
для видящих приборов телевидения.
трубку, получившую название — иконоскоп, что оз-
начает «изображение смотрящий».
Глаз может служить моделью фотоаппарата.
У глаз — веки, у фотоаппарата — затвор. Диафраг-
ма — радужная оболочка. Линзе объектива условно
соответствует хрусталик, а светочувствительной
пленке — сетчатка (рис. 104). В фотоаппарате свето-
чувствительная пленка состоит из множества от-
дельных мельчайших частичек бромистого серебра.
Под действием света бромистое серебро разлагается,
и изображение запечатлевается на пластинке.
И глаз и фотоаппарат послужили образцами для
создания основного прибора современного телеви-
дения «иконоскопа». Иконоскоп тоже имеет
«веки» — затвор, «зрачок» — диафрагму и набор
линз, составляющих объектив прибора. Напротив
объектива на задней стенке иконоскопа расположе-
на «сетчатка» — светочувствительный электрод, на-
зываемый фотокатодом. Он имеет зернистую, мо-
заичную поверхность, то есть состоит из множества
отдельных чувствительных к свету элементиков,
•363
Фотокатод изготовляют из тонкой слюдяной пла-
стинки, на которую наносят несколько миллионов
мельчайших капелек серебра. Капельки серебра при-
липают к слюде, покрывая ее крошечными точками.
Серебряные крупинки, обработанные цезием, стано-
вятся маленькими, но совершенно самостоятельными
фотоэлементиками.
Каждый такой фотоэлементик держится особ-
няком: серебряно-цезиевые точки сидят на слюде
изолированно, как островки.
Тыльную сторону слюдяной пластинки покрывают
сплошным слоем какого-либо металла — алюминия,
серебра, меди, и этот сплошной металлический слой
через сопротивление соединяют с землей. Таким об-
разом, каждый серебряно-цезиевый фотоэлементик
одновременно является и конденсатором. Одной об-
кладкой этого микроскопического конденсатора слу-
жит серебряно-цезиевая крупинка, другой — слой
металла, а диэлектриком — слюда.
К металлической обкладке припаян проводник,
передающий сигналы изображения с фотокатода
к другим приборам телевизионной станции — к уси-
лителям и передатчику.
Объектив отбрасывает изображение передавае-
мого предмета на фотокатод. Каждый фотоэлемен-
тик получает определенную порцию света. Фото-
элементы, оказавшиеся в темных, теневых местах
изображения, получают света меньше, оказавшиеся
в светлых местах — больше.
Свет выбивает электроны из атомов серебряно-
цезиевых крупинок. В местах, где света падает
больше, электронов будет выбито много; в затем-
ненных местах, где освещенность слабее,— помень-
ше, а в совсем черных, густых тенях, куда свет не
падает, электроны вовсе не будут выбиты.
В результате воздействия светового потока, при-
несшего изображение, каждый из нескольких мил-
лионов самостоятельных фотоэлементов, составляю-
щих фотокатод, потеряет определенное количество
электронов. Иначе говоря, каждая серебряно-цезие-
вая крупинка приобретет какой-то положительный
заряд. Величина этого положительного заряда на ка-
ждом отдельном фотоэлементе будет в точности со-
ответствовать количеству упавшего на него света.
На фотокатоде получится невидимое изображе-
ние, нарисованное мельчайшими положительными
электрическими зарядами, причем темным местам
соответствуют маленькие заряды, а светлым — бо-
лее крупные.
Но каждый фотоэлемент одновременно и конден-
сатор. Когда на одной обкладке конденсатора воз-
никают электрические заряды, то на другой обклад-
ке накапливаются заряды точно такие же по вели-
чине, но противоположные по знаку.
Фотоэлементы, потеряв электроны, приобрели по-
ложительные заряды. Следовательно, за слюдяной
перегородкой в слое металла возникнут равновели-
кие отрицательные заряды.
Теперь на сцену выступает главное действующее
лицо иконоскопа — электронный луч.
Луч «читает» изображение
Электронная пушка посылает на фотокатод тон-
кий электронный луч, а управляющие пластины (или
заменяющие их катушки) передвигают его по фото-
864
каюду точно так же, как наш взгляд пробегает по
строчкам, когда мы читаем страницу книги.
Мы начинаем читать ее с верхней строчки, с ле-
вого края. Буква за буквой, слово за словом —
взгляд доходит до конца строки и тотчас переска-
кивает на вторую строчку. Прочитав вторую строку
до конца, он переходит на третью, с третьей на
четвертую и так, строка за строкой, прочитывается
вся страница.
При этом скорость чтения обычного текста со-
ставляет примерно 750 знаков в минуту (при чтении
вслух) и 1500—2000 знаков при чтении про себя.
Электронный луч пробегает сначала вдоль верх-
ней кромки фотокатода — по верхнему ряду фото-
элементов, затем луч перескакивает чуть ниже и
пробегает слева направо вторую строчку. За второй
строчкой он «прочитывает» третью, за третьей —
четвертую и, таким образом, пробегает по всем
строчкам фотокатода, «осматривая» все изображе-
ние, точку за точкой.
Иконоскопы, в которых луч прочеркивает на фо-
токатоде 625 строк за одну двадцать пятую долю
секунды, дают очень высокое качество изображения
и применяются только в СССР. В США лучшие те-
левизионные центры пользуются 525-сгрочной раз-
верткой. Английские телевизионные станции приме-
няют иконоскопы с разверткой на 405 строк.
Электронный луч — не что иное, как поток элек-
тронов. Следовательно, в тот момент, когда элек-
тронный луч падает на какой-либо фотоэлемент,
убыль электронов, выбитых светом из этого фото-
элемента, мгновенно пополняется. Положительные
36S
заряды под действием электронного луча нейтрали-
зуются. Электронный луч не «читает» изображение,
а
он стирает, уничто-
жает его, как тряпка
стирает мел с класс-
ной доски (рис. 105).
В тот миг, когда
= электронный луч ка-
сается самого пер-
вого фотоэлемента в
верхнем ряду и ней-
Метолг трализует его поло-
жительный заряд,
тотчас стайка
Рис. 105. Электронный луч, нейтрали-
зуя положительный заряд фотоэлемента
в мозаичном электроде, тем самым осво-
бождает в металлической пластинке
равновеликий отрицательный заряд,
который стекает на сетку усилительной
лампы.
электронов в
металлической
пластинке, ко-
торая была свя-
зана этим поло-
жительным за-
рядом, получает
свободу. Она
бросается к вы-
ходу из метал-
лической пла-
стинки. В про-
воднике возни-
кает мгновен-
ный ток — им-
пульс, толчок.
А сила этого
импульса соответствует величине положительного
заряда, нейтрализованного электронным лучом, и
366
вместе с тем яркости изображения в Самой ле&ой
верхней точке фотокатода.
Пробегая по всем фотоэлементам фотокатода и
«стирая» один за другим положительные заряды на
этих фотоэлементах, электронный луч освобождает
соответствующие им по величине стайки электронов
в металлической пластинке.
Мллппкп
Электронная	отклоняющие
пушка	катушки
Рис. 106. Схема иконоскопа.
Эти стайки по очереди устремляются в провод-
ник, создавая в нем цепочку мгновенных импульсов
электрического тока. Стайки с большим числом
электронов дают сильные импульсы. Если в стайке
мало электронов — импульс слаб.
И что же получается? Электронный луч «сти-
рает» с мозаичной поверхности фотокатода изобра-
жение, «нарисованное» положительными зарядами,
и тем самым создает в проводнике цепочку сигна-
367
Лой — бтрыййстых импульсов электрического тока
различной силы. Эти импульсы отводятся к усили-
телю, который обращает их в более мощные элек-
трические сигналы. Изображение разлагается на ряд
импульсов, следующих друг за другом, и «бежит»
по проводам, как телеграфные знаки азбуки Морзе.
Электронный луч в иконоскопе разрезает изображе-
ние на 625 строк-ленточек, превращает его в свое-
образную телеграмму. Ее можно послать и по про-
водам и без проводов — по радио (рис. 106).
Электронный луч пробегает по всем точкам по-
верхности фотокатода за 'Аз долю секунды. Он де-
лает ежесекундно по 25 кадров-снимков, почти не
отличаясь в этом отношении от киносъемочного ап-
парата, который фотографирует на пленку 24 кадра
в секунду. Такая частота обеспечивает передачу
движущихся изображений, не уступающих по каче-
ству кинофильму.
Так как электронный луч в советских телевизо-
рах прочеркивает на фотокатоде 625 строк, а ка-
ждая строка содержит примерно по 832 элементика
развертки, то, очевидно, общее число элементов в
кадре составит 625 X 832 = 520 000, а полное число
элементов в 25 кадрах, передаваемых за секунду,
составляет 25 X 625 X 832 =13 000 000 в секунду!
Уже из этого видно, какое огромное преимуще-
ство имеет электронная система телевидения перед
механической, передававшей обычно только 100 X
X Ю0 X Ю = 100 000 элементов в секунду.
Объектив иконоскопа во время работы ни на
один миг не закрывается. Он «смотрит, не мигая».
Свет падает на фотокатод не отрывистыми порция-
ми, как через дырочки в диске Нипкова, а сплош-
368
ИьШ потоком. Фотоэлементы находятся под непре-
рывным воздействием световых лучей и непрерывно
накапливают заряды.
Электронный луч посещает каждый фотоэлемент
через V25 долю секунды, а «гостит» у него всего
лишь Viaoooooo долю секунды. За столь короткий
промежуток времени он забирает у фотоэлемента
весь накопленный им заряд.
Фотоэлемент в иконоскопе для накапливания за-
рядов имеет больше времени, чем для их высвобо-
ждения. И ясно, что видеосигналы, то есть сигналы,
несущие изображения, в иконоскопе получаются
много сильнее, чем в механических телевизорах, где
фотоэлементы совсем не имеют времени для накап-
ливания зарядов.
Несмотря на такое преимущество иконоскоп все
же немного «подслеповат» и при обычном дневном
освещении «видит» плохо. В студиях телевизионных
.станций поэтому приходится применять мощные
«юпитеры» и «кинопрожекторы», заливающие сцену
потоками яркого света.
В 1933 году два советских ученых, П. В. Шма-
ков и П. В. Тимофеев, изобрели новый, значительно
более совершенный тип «видящего» прибора, на-
званный ими «суперэмиттрон».
Дальнейшие усовершенствования еще более по-
высили чувствительность передающей трубки. Если
раньше передачу можно было вести только из спе-
циальных студий, где артисты страдали от жары,
создаваемой множеством прожекторов, то сейчас
можно передавать театральные постановки, фут-
больные матчи, различные моменты производствен-
ной работы из заводских цехов. Везде, где светло
24 М. Ивановский
369
для человека, достаточно светло и для телевизион*
него передатчика.
Трудами советских ученых и изобретателей соз-
дан подлинный электронный глаз!
Приемник изображения
Сигналы, посланные телевизионным центром,
улавливаются антеннами телевизионных приемников.
Главной частью такого приемника является кине-
скоп, то есть электроннолучевая трубка, показываю-
щая движущееся изображение. (Слово кинескоп
означает «движение показывающий».)
Кинескоп почти ничем не отличается от электрон-
нолучевых трубок, применяемых в осциллоскопах.
В узком горлышке кинескопа помещаются электрон-
ная пушка, по сторонам ее управляющие катушки
(как у иконоскопа), а широкое дно, покрытое люми-
нофором, служит экраном.
«Пушка» посылает на экран электронный луч
диаметром всего лишь в одну десятую миллиметра.
Управляющие катушки заставляют электронный
луч бегать по экрану, в точности повторяя движения
электронного луча в иконоскопе.
Он начинает свой путь с левого верхнего угла
экрана и пробегает все 625 строк за V25 долю се-
кунды.
Видеосигналы, то есть сигналы, несущие изобра-
жение, попадают на управляющий электрод пушки
и изменяют его потенциал, а это в свою очередь
сказывается на числе электронов в луче. Сильные
импульсы, соответствующие светлым местам изобра-
370
Женин, увеличивают числи электронов в луче, и свет-
лая точка иа экране вспыхивает ярче.
Слабые импульсы, соответствующие темным ме-
стам изображения, уменьшают число электронов
в луче, и светлая точка на экране тускнеет. Совсем
слабые сигналы гасят луч, и на экране получаются
черные тени.
Электронный луч рисует изображение, в точности
подобное изображению на фотокатоде иконоскопа
или суперэмиттрона.
Обычный радиоприемник, смонтированный в од-
ном ящике с телевизором, передает звучание. Зри-
тель, пользующийся телевизионным приемником, ви-
дит и слышит все, что Происходит перед объективом
передающего аппарата.
‘Телевидение в будущем
Основной недостаток современного телевиде-
ния — это малый радиус действия телевизионных пе-
редатчиков.
Чтобы получать высококачественные изображе-
ния, передачу телевизионной программы приходится
вести на волнах длиной в 6 метров, а столь корот-
кие волны почти не огибают выпуклость земного
шара и почти не отражаются от ионосферы, они рас-
пространяются по прямой линии, как свет.
Эта особенность шестиметровых волн ограничи-
вает радиус действия телевизионных центров при-
мерно шестьюдесятью километрами. Вести передачу
на большее расстояние не удается — мешает выпук-
лость земного шара.
24*	з;1
Ученые уйорно работают, чтобы сделать телеви-
дение настоящим дальновидением. И несомненно,
или через несколько десятков
через несколько лет
Рис. 107. Телевизор, установленный в операционной,
позволяет студентам-медикам видеть каждое движение
хирурга.
лет "телевизоры позволят москвичам любоваться из-
вержением Ключевской сопки на Камчатке, а жите-
лям Камчатки видеть демонстрации на Красной
площади или салюты на Москве-реке. Радиозрители
смогут путешествовать вместе с отважными страто-
372
яавтами в заоблачных высотах или спускаться в «ба-
тистатах» в неисследованные глубины океана.
Советские ученые работают также над созда-
нием телевизоров с большим экраном. Когда эта
задача будет осуществлена, у нас, наряду с кино-
театрами, появятся телевизионные театры, в которых
зрители смогут смотреть не кинофильмы, а театраль-
ные постановки, футбольные матчи, физкультурные
парады, шахматные турниры и другие события, про-
исходящие в данный момент. Студенты-медики бу-
дут следить за каждым движением руки опытного
хирурга и воспринимать тонкие приемы современной
хирургической техники (рис. 107).
Нет ничего несбыточного и в так называемой
конференц-связи, которая позволит проводить
съезды или конференции, не созывая ее участников
в одно помещение. Участники совещания смогут на-
ходиться у себя* дома, возле своих телевизоров,
снабженных приборами конференц-связи. Каждый
будет видеть и слышать всех выступающих, неза-
висимо от того, где он находится, и каждый может
выступить, зная, что его увидят и услышат везде,
где работают приборы конференц-связи.
Задумано осуществление видеотелефона — при-
‘бора, в котором сочетаются телевизор и телефон.
Разговаривающий по телефону получит возможность
не только слышать своего собеседника, но и видеть
его. Видеотелефон позволит мастеру цеха обра-
щаться в конструкторское бюро за разъяснениями и
получать указания,, поясняемые эскизами или чер-
тежами.
Видеотелефон облегчит пользование сокровищами
библиотек, музеев и архивов. По телефону можно
373
будет посмотреть страницу любой книги, рисунок,
документ, чертеж, не вынося его из хранилища.
Телевидение необычайно расширит деятельность
высших учебных заведений, так как число студентов
уже не будет ограничено вместимостью аудиторий.
Новое могучее средство связи вместе со скоро-
стным транспортом содействует уничтожению раз-
ницы между городом и деревней. Люди, живущие
в городе и вдали от города, смогут в равной мере
пользоваться всеми благами культуры.
Телевизионная техника — частица быта комму-
нистического общества.
Ночезрительная труба
Размышляя об особенностях зрительных труб и
о нуждах мореплавания, Ломоносов пришел к вы-
воду, что морскую подзорную трубу можно сделать
«ночезрительной», то есть способной не только при-
ближать изображение удаленных предметов, но и
показывать их явственнее в сумеречное время.
Современники Ломоносова отнеслись к его от-
крытию с недоверием. Несмотря на все доказатель-
ства, они не смогли понять разницы между обычной
подзорной трубой и ночезрительной.
Только уже в наше время академик С. И. Ва-
вилов доказал правоту Ломоносова, и под его ру-
ководством были построены ночезрительные би-
нокли и трубы.
Однако преимущества ночезрительной трубы пе-
ред обыкновенной невелики. Нбчезрительная труба
способна улучшать видимость в 3—4 раза и то
374
только в сумеречное время, ночью же и она бес-
сильна.
Такая труба не может считаться настоящим
«ночеглядом», потому чю ее устройство основано
на применении световых лучей. Где света нет —
труба «слепа». Но ведь кроме лучей видимого света
в природе существуют родственные световым «чер-
ные» лучи — инфракрасные и ультрафиолетовые.
Нельзя ли ими воспользоваться для создания на-
стоящего «ночегляда»?
Ультрафиолетовые лучи не способны преодоле-
вать в воздухе большие расстояния. Они быстро
гаснут, то есть рассеиваются и поглощаются части-
цами воздуха. Их применять в вочезрителыюй оп-
тике нет смысла.
Инфракрасные лучи, наоборот, вполне пригодны.
По своим оптическим свойствам они мало отли-
чаются от световых. Инфракрасные лучи прелом-
ляются и отражаются так же, как и световые, но
лучше их проходят сквозь туман.
Источником инфракрасных лучей служат любые
раскаленные или даже нагретые предметы. Не толь-
ко свеча, костер, лампочка или солнце испускают
этот вид лучей, но и кипящий самовар, вытопленная
печь, горячий утюг — также являются инфракрас-
ными «фонарями».
Лучами-невидимками воспользовались снача па
фотографы. Они изобрели особые химические со-
ставы, которые делают фотографические пластинки
чувствительными к инфракрасному излучению.
Снимки, сделанные на таких пластинках, пока-
зали, как выглядит мир, озаренный инфракрасными
лучами, Черный уголь, вытащенный из печки, полу-
375
Р и с. 108а. Снимок, сделанный
на обычных пластинках.
нии в январе: черное небо' и
чался белым, как
снег, а снег — чер-
ным, как уголь. Стог
сухого сена выгля-
дел темным, а стог
гниющего, прелого
сена — светлым.
Печи, самовары,
утюги — все горячее
светилось, было вид-
но, как сияние горя-
чего утюга озаряет
окружающие его
предметы.
Пейзаж, сфотогра-
фированный в жар-
кий июльский пол-
день при ярком сол-
нечном свете, произ-
водит впечатление
снимка, сделанного
при лунном освеще-
белый снег (рис. 108
а и б). Листва деревьев и трава очень хорошо отра-
жают инфракрасные лучи, и поэтому зелень кажется
как бы усыпанной снегом. Воздух же прозрачен для
этих лучей, и небо выглядит темным.
Самая важная особенность снимков, сделанных
в инфракрасных лучах, заключается в том, что на
них хорошо видны очень удаленные предметы — го-
ры, высокие башни, заводские трубы. С помощью
инфракрасной фотографии удавалось получать
376
«портреты» гор, рас-
положенных в 200 ки-
лометрах от фотоап-
парата.
Математический
расчет показывает,
что гора высотой в
5000 метров видна на
расстоянии 268 кило-
метров. Однако ви-
деть горы на таком
удалении случается
только при очень
большой прозрачно-
сти воздуха, а это бы-
вает крайне редко.
Для инфракрас-
ных лучей даже
облака, клубы ды-
ма или пыли до
некоторой степени
прозрачны. Легкая
Рис. 1086. Тот же пейзаж, но
сфотографированный в инфра-
красных лучах.
дымка, заволакивающая даль, и подавно не слу-
жит для них препятствием.
Поэтому все, скрытое от глаз этой дымкой,
прекрасно получается на снимках, сделанных в ин-
фракрасных лучах.
Замечательные свойства инфракрасных лучей не
замедлили привлечь внимание изобретателей, рабо-
тавших в области электронных приборов. Эти лучи
давали возможность построить приборы, позволяю-
щие видеть в полной темноте.
377
Задача изобретателей облегчалась тем, что
современные кислородно-цезиевые фотоэлементы
чувствительны именно к инфракрасным лучам. Они
даже более восприимчивы к ним, чем к обычным ви-
димым лучам.
Каждый объектив ночезрительного бинокля от-
брасывает изображение рассматриваемых предметов
на отдельный полупрозрачный кислородно-цезиевый
фотокатод.
лучей
Р и с. 109. Схема одной из трубок бинокля для видения
в инфракрасных лучах.
Фотокатоды делают полупрозрачными, то есть
светочувствительный состав наносят прямо на стек-
ло баллона с его внутренней стороны. Свет падает
на кислородно-цезиевый слой сквозь стекло. Инфра-
красные лучи выбивают из фотокатодов электроны.
В темных местах изображений, где лучи слабы, из
фотокатодов вылетает электронов меньше, а в свет-
лых — больше. Но электроны, выбитые светом, вы-
летают не на освещенную сторону фотокатода, а на
378
противоположную, теневую сторону, они летят
внутрь баллона, в том же направлении, в каком
идут световые лучи.
Получается нечто вроде эстафеты — инфракрас-
ные лучи приносят изображение на фотокатод,
а дальше его подхватывают электронные лучи.
За фотокагодами помещаются электронные лин-
зы — электронные объективы, дающие электронные
изображения фотокатодов на люминесцирующих
экранах. На них тогда появляются видимые глазом
изображения предметов, которые можно раосматри-
ватъ в окуляры обоими глазами, как в театральном
бинокле (рис. 109) с увлечением в 2—3 раза.
Такой прибор получил название электронноопти-
ческого преобразователя — он преобразует невиди-
мое изображение в инфракрасных лучах в ви-
димое.
В таинственную область Галактики
Это замечательное достижение творческого гения
человека с большим успехом было применено астро-
номами для исследования недоступных телескопу
областей окружающей нас части Вселенной.
«Ночегляды», построенные тремя советскими уче-
ными, астрономами А. А. Калиняком, В. Б. Никоно-
вым и электрофизиком В. И. Красовским, позволили
узнать, что находится позади темных туманностей,
которые виднеются на небе в созвездии Стрельца.
Все окружающие нас звезды, как яркие и круп-
ные, так и мельчайшие звездочки Млечного пу-
ти, образуют огромное скопление, которое назы-
379
Рис. ПО. Одна из соседних галактик, на которую,
как предполагают ученые, похожа наша Галактика,
бают Галактикой. В Галактике насчитывается сбы-
те ста миллиардов звезд, и одна из них — наше
Солнце.
Размеры звездного облака таковы, что даже бы-
стролетный свет тратит на путешествие от края и
до края этого облака почти сто тысяч лет.
Все звезды, входящие в состав Галактики, и
наше Солнце в их числе, обращаются вокруг ее
центра.
Уже много лет ученых интересует,— что нахо-
дится в центре Галактики? Вокруг чего обращаются
звезды? Узнать это до сих пор не удавалось, так
как центральная область Галактики закрыта от на-
ших взоров огромными непрозрачными тучами тем-
ной космической пыли. Эти тучи чернеют на фоне
Млечного пути, как «угольные мешки», и мешают
рассмотреть, что находится за ними.
Летом 1948 года астрономический электронный
«ночегляд» был готов. Астрономы повезли свой при-
бор в Симеизскую обсерваторию в Крыму, чтобы
с его помощью проникнуть в таинственную область
Галактики. Если за пылевыми облаками находятся
звезды, то может быть их инфракрасное излучение
прорывается сквозь толщу космической пыли, и
тогда «ночегляд» его заметит!
В течение нескольких ночей астрономы исследо-
вали небо в созвездии Стрельца и убедились, что
позади темных облаков действительно расположено
большое скопление ярких звезд. Если бы можно
было убрать мешающие тучи пыли, мы видели бы
в созвездии Стрельца яркое светящееся пятно оваль-
ной формы.
381
Дальнейшее усовершенствование электронных
приборов для видения в инфракрасных лучах обе-
щает дать еще больше сведений об этой,’пока еще
неизученной, области нашей Галактики, но даже то,
что уже сделано, яв-
ляется замечатель-
ной победой новой
отрасли астрономии,
получившей название
«астрономии невиди-
мого».
Электронные и фо-
тографические «но-
чегляды» помогли
Рис. lit. Один и тот же уча-
сток неба, сфотографированный в
обычных лучах (наверху) и на
пластинках, чувствительных к
красным лучам (внизу).
многом помогать старым
установить, что кро-
ме сверкающих
звезд, какие мы ви-
дим на небе, в ми-
ровом пространстве
есть много несветя-
щихся небесных
тел—«темных звезд».
Наша Галактика, по-
видимому, населена
небесными телами
гораздо гуще, чем мы
думали прежде.
Электронные прибо-
ры уже начали во
оптическим системам —
телескопам, а в некоторых случаях даже заме-
нять их.
3S2
Дальнейшие успехи электронных ночезрительных
телескопов — дело недалекого будущего. Первый
опыт постройки такого телескопа был сделан в Со-
ветском Союзе в марте 1936 года.
Фотоэлементы с запирающим слоем
Электроника изучает и применяет фотоэлементы
трех типов. О двух из них уже шла речь — это сто-
летовские фотоэлементы, в которых используется
внешний фотоэффект (электроны, выбитые светом,
вылетают наружу — за пределы вещества фотока-
тода), и фотосопротивления, в которых используется
внутренний фотоэффект (электроны, выбитые све-
том, остаются внутри вещества и уменьшают его
сопротивление электрическому току).
Разработан еще третий вид светочувствитель-
ных приборов, называемых вентильными фотоэле-
ментами или фотоэлементами с запирающим слоем.
В них, как и в фотосопротивлениях; электроны, вы-
битые светом из оболочек атомов, не вылетают на-
ружу, а остаются внутри вещества. Этим они похо-
жи на фотосопротивления, но отличаются от них од-
ной важной особенностью.
Фотосопротивления, как и столетовские фотоэле-
менты, работают только тогда, когда к ним присо-
единен источник тока (батарея). Свет, выбивая из
вещества фотокатода электроны, тем самым облег-
чает прохождение тока через вакуум в столеговских
фотоэлементах или через вещество в фотосопротив-
лениях.
383
Элементы с запирающим слоем не нуждаются
в дополнительных источниках тока. Они сами слу-
жат источником тока. На них падает свет, и они
дают ток. Эти фотоэлементы — генераторы тока, не-
посредственно преобразующие световую энергию
в электрическую.
Для изготовления фотоэлементов с запирающим
слоем первоначально применяли закись меди. Тол-
стую пластинку красной меди прокаливали в элек-
трической печи так, чтобы она покрылась массив-
ным слоем закиси меди. Затем с одной стороны
пластинки закись полностью счищали, а с другой —
поверх слоя закиси наносили тончайшую прозрач-
ную пленку какого-либо металла — той же красной
меди или золота.
К изготовленному таким способом фотоэлементу
присоединяли проводники — один к нижнему слою
металла, а другой к верхнему, прозрачному слою.
Как только на поверхность прозрачного слоя па-
дает свет, в фотоэлементе возникает электрический
ток. Электроны, выбитые светом из молекул закиси
меди, проскакивают в верхний прозрачный слой
металла, а оттуда устремляются в проводник. Совер-
шив путешествие по проводам, электроны возвра-
щаются обратно в слой закиси меди, проникая
в нее с теневой стороны и замыкая цепь. И вот
в этом-то и скрыта странная особенность вентиль-
ных фотоэлементов.
Что заставляет электроны проделывать длинный
кружной путь по проводам? Что мешает им вер-
нуться в слой закиси тем самым путем, каким они
вышли из нее, то есть просто перескочить из про-
зрачного слоя металла обратно в закись? Этот путь,
384
казалось бы, наиболее короткий, но электроны по-
чему-то путешествуют по проводам и возвращаются
в слой закиси, так сказать, с «черного хода». При-
чина этого явления пока еще в точности не уста-
новлена.
Повидимому между тонким прозрачным слоем
металла и закисью меди существует особый погра-
ничный слой, обладающий свойствами клапана: вы-
ход свободен, а вход — воспрещен. Пограничный
слой беспрепятственно выпускает электроны из за-
киси меди, но запирает для них обратный путь. От-
сюда и возникло название фотоэлементов такого
типа — фотоэлемен-
ты с запирающим
слоем.
Чувствительность
меднозакисных фото-
элементов оказалась
небольшой. Изобре-
тены иные, более вы-
годные конструкции"
фотоэлементов с за-
пирающим слоем.
Например, на желез-
ную пластинку наносят слой селена и покрывают его
тончайшим прозрачным слоем золота. Запирающий
слой образуется между селеном и золотом. Чувст-
вительность селеновых фотоэлементов вчетверо пре-
вышает чувствительность меднозакисных (рис. 112).
Однако и они преобразуют в электрическую
энергию только сотые доли процента энергии свето-
вых лучей.
Рис. 112. Внешний вид селено-
вого фотоэлемента с запирающим
слоем.
25 М. Ивановский
Ж
Один из исследователей фотоэлементов эТОТо
типа, Б. Т. Коломиец, в течение нескольких лет «пу-
тешествовал» по клеткам таблицы Менделеева. Он
искал вещества, подобные селену, и, перебирая один
за другим химические элементы и их соединения,
испытывал их пригодность для изготовления более
совершенных фотоэлементов.
В клеточке № 81, между ртутью и серым тяже-
лым свинцом, Коломиец нашел то, что искал. Сере-
бристо-белый, мягкий^ и легкоплавкий таллий в со-
единении с серой и кислородом приобретает нужные
свойства.
Коломиец проделал очень много интересных ис-
следований таллия, значительно продвинувших впе-
ред наши знания о фотоэлементах. Серно-таллне-
вый фотоэлемент оказался во много раз чувстви-
тельнее селенового.
Разработанный в Киеве, в Украинской Академии
наук, серно-серебряный фотоэлемент с запирающим
слоем, также оказался весьма совершенным. Он об-
ладает чувствительностью почти в сто раз большей,
чехМ меднозакисный, и очень чувствителен к инфра-
красным лучам. Коэфициент полезного действия
этого элемента равен почти двум процентам.
Вентильные фотоэлементы широко применяются
в приборах для измерения силы света,— в электри-
ческих фотометрах,— приборах, позволяющих по от-
клонению стрелки гальванометра, измеряющего фо-
тоток, судить об освещенности. Фотометрами этого
рода постоянно пользуются фотографы, киноопера-
торы, светотехники и астрономы. Лучшие в мире,
наиболее чувствительные и точные, астрономические
386
фотометры построены советским ученым В. Б. Ни-
коновым.
Важно, чтобы фотоэлементы отзывались на дей-
ствие предельно слабого света. С этой целью и стре-
мятся повысить их чувствительность. Для фотоэле-
мента с запирающим слоем повышение чувствитель-
ности в известной степени связано с повышением
коэфициента полезного действия. А так как некото-
рые фотоэлементы уже могут значительную часть
световой энергии преобразовывать в электрическую,
возникает мысль — нельзя ли их использовать в ка-
честве генераторов электрической энергии?
Солнце посылает несколько сот киловатт энер-
гии на каждый квадратный километр земной поверх-
ности. Несколько квадратных километров земной
поверхности, сплошь устланные светоэлементами
с достаточно высоким коэфициентом полезного дей-
ствия, дали бы электрическую мощность, сравнимую
с мощностью крупнейших электростанций. Без за-
траты топлива, без особо сложных сооружений,
светоэлектрос^ганции черпали бы энергию непосред-
ственно от Солнца.
Пока на пути к такому использованию фотоэле-
ментов стоят еще большие трудности. Даже сама
идея кажется фантастичной. Но советская наука
идет вперед гигантскими шагами. И то, что сейчас
кажется лишь темой для фотографического расска-
за, через несколько лет может стать реальностью.
25!
ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ
В ЗАВОДСКИХ ЦЕХАХ
Победы творческого труда
Еще недавно пределом скорости работы бумаго-
делательной машины было 300 метров в минуту.
Ныне бумага изготовляется со скоростью 450 мет-
ров; за сутки машина дает бумажную ленту длиной
в 648 километров!
Скорость прокатки стали на непрерывно дей-
ствующих станах, блюмингах достигла 1600 метров
в минуту. Это означает, что раскаленная болванка
движется в прокатном стане со скоростью курьер-
ского поезда.
Скорости новейших станков таковы, что человек
при всем желании не в состоянии вручную регули-
ровать и контролировать их работу. Наши органы
чувств для этого недостаточно восприимчивы,
а движения слишком медлительны. С такой зада-
чей могут справиться только проворные автоматиче-
ские регуляторы.
388
Человеку незачем вручную управлять машинами.
Он может спокойно перепоручить это дело автомати-
чески действующим реле, фотоэлементам, электрон-
ным и ионным приборам. Себе же человек оставляет
почетную роль творца новых «умных» машин-
автоматов, роль управляющего приборами управле-
ния, контролера механических контролеров и авто-
матических регуляторов. Тяжесть труда в нашей
стране перекладывается на плечи машины. Труд
становится с каждым годом интереснее, легче и на-
много производительнее.
Замечательные успехи советской науки и техники
облегчили труд, повысили его производительность,
это в свою очередь изменило характер управления
производством и его организацию.
Не так уж давно на автозаводе блок автомо-
бильного двигателя обрабатывался на 56 стан-
ках, занимавших 500 квадратных метров производ-
ственной площади. Работали на этом участке в три
смены 180 станочников и мастеров.
Теперь корпус двигателя обрабатывается на
автоматической поточной линии из 16 станков. Они
занимают всего лишь 200 квадратных метров. На
всех 16 станках одновременно действует 504 режу-
щих инструмента и 20 электродвигателей общей
мощностью 35 киловатт.
Каждые две минуты с конвейера сходит готовый
блок.
Обслуживают эту поточную линию только 3 че-
ловека при помощи нескольких десятков электриче-
ских и электронных приборов: реле, тиратронов,
усилителей, электронных переключателей и сигналь-
ных аппаратов.
319
В Советским Союзе недавно построен завод-
автомат, вырабатывающий тысячи автомобильных
поршней за смену. Сложное оборудование завода
обслуживают 7 человек!
Создание станков-автоматов и автоматизирован-
ных заводов с быстродействующими приборами
управления, регулирования и контроля стало воз-
можным лишь благодаря, электронике.
Автоматический контроль и управление изменяют
и характер производства и самый облик заводских
цехов. Мастер может закрыть цех на замок и уйти
от станков на такое расстояние, на какое протяну-
ты линии связи, соединяющие приборы управления
со станками и машинами. Он может занять пост
в центральном командном пункте, как главнокоман-
дующий, и оттуда управлять не одним каким-либо
станком, а целой группой станков или механизмов,
цехом или даже заводом.
Буржуазные романисты воспользовались этой
особенностью технического прогресса как темой для
фантастических повестей. Машины, сделавшись
«бесконтрольными», якобы могут взбунтоваться и
покорить человека. Разумеется, подобная фантасти-
ка— сплошной вздор. Романы подобного рода пи-
шутся не для того, чтобы показать успехи автома-
тики, а для того, чтобы замаскировать капиталисти-
ческое рабство, сделать виновным в порабощении
человека не капитализм, а технику, как таковую.
В капиталистических условиях техника действитель-
но порабощает человека. Там рабочий прикован
к конвейеру, он — раб завода.
В условиях социализма техника покорна чело-
веку и освобождает его от тяжелой работы.
390
Автоматический контроль и автоматическое упра-
вление — характерная черта техники великой
Сталинской эпохи — эпохи, когда создается мате-
риально-техническая база коммунистического обще-
ства.
Машины остаются одни
Телеуправление в первую очередь применяется
на энергетических предприятиях и в установках,
расположенных друг от друга на большом расстоя-
нии. Примером может служить канал имени
Москвы.
Это замечательное сооружение является детищем
второй Сталинской пятилетки.
Канал обеспечивает столицу нашей Родины чи-
стой питьевой водой, связывает Москву со многими
районами страны, а также с Белым, Балтийским и
Каспийским морями.
•Канал — сложный гидротехнический комплекс.
Он состоит примерно из 200 отдельных сооружений,
связанных единой цепью, но размещенных на всем
протяжении его 128-километровой трассы.
Гидроэлектрические станции канала питают энер-
гией все механизмы, обслуживающие канал, а из-
лишки энергии подают в. общее энергетическое
кольцо Москвы.
Пять насосных стаипий перекачивают в канал
воду, которая затем наполняет Москву-реку. На
этих станциях работает двадцать пропеллерных на-
сосов. Насосы канала являются самыми мощными
391
в мире. Каждый из них перекачивает в минуту по
145 тысяч ведер воды, доставляя ее на высоту
8 метров.
Пароход, идущий из Московского моря в Москву,
подымается по пяти водным ступеням-шлюзам на вы-
соту 40 метров и затем опускается к городу по
трем таким же ступенямчшлюзам.
Машинные залы всех основных сооружений ка-
нала — шлюзов, насосных и гидроэлектрических
станций — заперты на замок. Людей там нет. Меха-
ники и электрики приходят туда в определенные дни
для осмотра и ремонта машин. Машины работают
в полном одиночестве.
Контролеры-автоматы следят за состоянием об-
моток электрических машин, за температурой под-
шипников, уровнем масла, числом оборотов валов.
Автоматы управления, повинуясь вахтенному на-
чальнику, самостоятельно включают и выключают
механизмы в той последовательности, в которой эти
механизмы должны действовать.
Тяжелые «шиты опускаются, запирая камеру
шлюза. Как только шиты дойдут до дна и наглухо
закроют камеру, автоматы включат электродвига-
тели, и насосы начинают накачивать воду в шлюз.
Когда вода заполнит камеру, поплавковый автомат
выключает насосы и приводит в действие затворы—
выходные «ворота» шлюза. Тяжелые затворы легко
опускаются в подводную нишу, открывая дорогу
судну. Во время всех этих операций рука человека
даже не прикасается к каким-либо рычагам или ру-
бильникам: все делается автоматически.
Провода от контрольных автоматов и приборов,
управляющих всеми механизмами шлюза, проведены
392
в помещение вахтенного начальника. Для пропуска
судна вахтенный начальник поворачивает только
одну рукоятку,— сначала он ставит ее в «положе-
ние подготовки», затем, когда приборы доложат об
исправности и готовности всех механизмов, перево-
дит рукоятку в «положение судо-пропуска»,—на
шлюзных светофорах вспыхивают разрешающие
огни.
Центральный пункт управления насосами и гид-
роэлектрическими станциями расположен от подчи-
ненных ему механизмов еще дальше, чем пульт
вахтенного начальника шлюза.
Он находится в 42 километрах от самой дальней
насосной станции и в 65 километрах от Иваньков-
ской ГЭС, построенной на берегу Московского моря.
Иваньковская ГЭС была первой в СССР пол-
ностью автоматизированной, «безлюдной» электри-
ческой станцией.
На диспетчерском пульте перед глазами дежур-
ного горят светящиеся разноцветные сигналы —
кружочки, квадратики, треугольники. Они сообщают
диспетчеру о состоянии и работе всех механизмов
на всех станциях.
Диспетчер видит: одна группа сигналов пога-
шена,— одна станция не работает, находится в ре-
зерве. Но вот возникла необходимость увеличить вы-
работку электрической энергии. Диспетчер прини-
мает решение — пустить в ход резервную станцию.
На панели резервной станции он нажимает кнопку
«пуск».
Тотчас приходят в действие сложные приборы
телемеханического управления. Они включают все
вспомогательные механизмы. На пульте загораются
393
зеленоватым мигающим огнем сигналы: кружок,
означающий, что подготовлен турбогенератор; ква-
дратики — включены масляные выключатели. Меха-
низмы приняли команду, «поняли» ее и «доложили»
о своей готовности.
На станции щелкают реле и контакторы, при-
ходят в действие вспомогательные электродвигатели,
поворачиваются направляющие лопасти турбины.
Ротор турбогенератора начинает вращаться.
Теперь на диспетчерском пульте зеленый мигаю-
щий свет в кружочке сменяется красным. Это —
донесение автоматов о том, что турбогенератор рабо-
тает с полной нагрузкой. Ток включен в общую сеть.
На все это уходит 30—35 секунд, не более!
Частица техники будущего
Автоматы управляют работой электрических
подстанций лучшего в мире — Московского метро-
политена имени Л. М. Кагановича. Все тяговые под-
станции закрыты на замок. Диспетчер находится на
центральном посту за несколько километров. Теле-
механическое устройство позволяет диспетчеру мгно-
венно передавать по линиям связи до 150 различных
команд всем механизмам подстанций. Диспетчер —
полновластный хозяин сложного энергетического
оборудования метро.
Один из участков Казанской железной дороги
еще несколько лет назад был полностью переведен
на автоматическую систему управления. На пере-
гоне длиной в 65 километров нет ни стрелочников,
ни сигналистов. Управление стрелками и движением
394
поездов сосредоточено здесь в руках одного чело-
века — дежурного диспетчера. Перед ним на дис-
петчерском пульте изображен план всего участка и
находятся кнопки и рукоятки, управляющие стрел-
ками и светофорами. Огоньки сигнальных лампочек
говорят диспетчеру о положении каждой стрелки,
каждого светофора. Поворот рукоятки, нажим кноп-
ки, и — стрелка переведена, зажегся или погас раз-
решающий огонь светофора.
Контрольно-защитные приборы оберегают меха-
низмы от случайных ошибок. Неправильно подан-
ный приказ не будет выполнен, и на пульте за-
горится предупреждающий сигнальный огонек.
В дождь, в буран, ночью и днем автоматы исправно
несут службу, не зная усталости и ошибок.
Телемеханика и автоматика — враги аварий, ко-
торые возникают вследствие неправильно расслы-
шанных, ошибочно понятых или, что хуже всего,
превратно истолкованных и несвоевременно выпол-
ненных приказаний. Механизмы принимают команду
мгновенно и тотчас же сигнализируют об исполне-
нии. Если приказ почему-либо не исполнен, это не-
медленно станет известно диспетчеру. Сложные ав-
томатизированные механизмы безусловно покорны
воле и руке управляющего ими человека!
На участках железных дорог с телемеханическим
управлением почти полностью предотвращены ава-
рии: наезды, столкновения, разрезы стрелок. Значит,
ускорилось прохождение составов, увеличилось чис-
ло поездов, повысилась безопасность движения.
Механизированные хлебозаводы, предприятия
нефтяной промышленности, заводы, обрабатываю-
щие пластмассы, электрические станции и линии
395
электрических передач, отдельные механизирован-
ные цехи автотракторных и станкостроительных за-
водов, а также химические заводы и предприятия,
где производственный процесс опасен для здоровья
обслуживающего персонала, широко используют
приборы управления на расстоянии.
Телемеханика и автоматика немыслимы без
электронных приборов. Только мгновенность дей-
ствия, исключительная чувствительность электрон-
ных, ламп, тиратронов, фотоэлементов, электронных
реле гарантируют быстроту, безукоризненную чет-
кость передачи приказаний или сигналов, мгновен-
ность и автоматичность их выполнения.
В советских условиях автоматизация и механиза-
ция производства способствуют увеличению произво-
дительности труда и содействуют воспитанию мно-
гочисленных кадров высококвалифицированных ин-
женеров, техников, рабочих. В условиях социализма
новая электронная техника способствует стиранию
грани между умственным и физическим трудом.
Машины с «высшим образованием»
В некоторых машинах и станках-автоматах, ко-
торые выпускает наша советская промышленность,
применены «читающие» фотоэлементы. Первые
опытные экземпляры «зрячих» станков были изго-
товлены еще в 1934—35 году в Москве (рис. 113).
Эти станки, созданные советскими инженерами
и учеными представляют собой подлинное чудо
техники.
Приступая к работе на станке с «читающим»
396
Рис. 113. Один из первых советских «видящих» станков.
прибором, станочник заготавливает материал, уста-
навливает инструмент, заправляет станок охла-
ждающей жидкостью, проверяет смазку, а затем —
вручает станку чертеж той детали, которую надле-
жит изготовить. Под «читающим» прибором укреп-
ляется лист бумаги с изображением контуров буду-
щего изделия.
Если станку будет что-либо «непонятно» в чер-
теже, или возникнет какое-либо препятствие,— зату-
пится инструмент, не хватит материала, недостанет
смазки,— он остановится л звонком или сигнальной
лампочкой подзовет к себе мастера, чтобы тот
397
«объяснил» ему, что и как следует делать, или
устранил неполадки.
Устройство прибора, читающего чертежи, не так
уж сложно. Маленький фонарик укреплен в одном
корпусе с фотоэлементом. Луч света от фонарика
падает крошечным круглым пятнышком на линию
чертежа, а небольшое зеркальце отражает изобра-
жение этого пятнышка — светлой точки — в фото-
элемент. Таким образом, электрический глаз «ви-
дит» только светлое пятнышко и ничего больше.
В начале работы станочник наводит «читающий»
прибор на одну из линий чертежа так, чтобы ровно
половина светлого пятнышка от фонарика приходи-
лась на белую бумагу, а половина — на черную ли-
нию. Край черной линии должен делить светлое
пятнышко точно пополам.
Установив пятнышко, мастер включает станок.
И с этого момента станок начинает работать само-
стоятельно.
Фотоэлемент воспринимает свет, отраженный той
половиной пятнышка, которая лежит на белой бу-
маге. Другая половина пятнышка, падающая на
черную линию, света почти не отражает и, следова-
тельно, на фотоэлемент не действует. В фотоэле-
менте возникает электрический ток определенной
силы. Ток идет в усилители. Из усилителей он по-
ступает в приборы, управляющие движением фото-
элемента с фонариком и связанного с ними резца.
Луч света скользит вдоль края черной линии,
а резец повторяет движение «читающего» при-
бора — режет металл. Линия на чертеже поворачи-
вается направо — луч и резец поворачивают на-
право. Линия изгибается дугой — луч послушно
898
«Ледует за ней. Линия описывает зубцы, и луч
делает то же самое. Резец, неразрывно связанный
с «читающим» прибором, придает металлу ту форму,
какая изображена на чертеже.
Луч света все время падает на черную линию
так, чтобы ее край делил светлое пятнышко
строго пополам. Чуть только луч сойдет с черной
линии на белую бумагу, фотоэлемент получит больше
отраженного света и даст более сильный ток. При-
боры, управляющие движениями фотоэлемента с
фонариком и резца, воспримут усиление тока как при-
каз возвратить луч света обратно на черную линию.
Если же «читающий» прибор слишком надви-
гается на черную линию,. количество света, отра-
женного от бумаги, уменьшится, ток, текущий через
фотоэлемент, ослабеет. Это послужит приказом для
регуляторов — пододвинуть луч
света так, чтобы он вновь сошел
С черной линии на половину сво-
его сечения (рис. 114).
Светлое пятнышко автомати-
чески движется по краю черной
линии, как по тропинке. Куда
отклоняется линия-тропинка, туда
же отходит и луч света. А резец,
связанный с «читающим» прибо-
ром, следует за ним, как слепой
за поводырем.
Такие станки могут «выкра-
ивать» из листовой стали пласти-
ны сложнейшей формы, фрезеро-
вать фигурные пазы, выполнять
токарные работы.
Рис. 114. Круглое
пятнышко свето-
вого луча на чи-
тающем фрезерном
станке падает на
гамый край линии
чертежа.
89$
Станки, снабженные электронной автоматикой,
образно называют «станками с высшим образова-
нием». В них вложены последние достижения совет-
ской науки и техники — фотоэлементы, электронные
лампы, электроискровой инструмент — ряд сложней-
ших и точных приборов.
Советские «станки с высшим образованием» воз-
вещают могучее развитие техники в коммунистиче-
ском обществе, когда заводы будут оборудованы
«видящими», «читающими», «слушающими» стан-
ками; машинами, способными производить матема-
тические вычисления; станками, которыми можно
управлять на расстоянии с центрального поста.
Множество подобных станков уже работает на со-
ветских предприятиях.
Электроника помогает математике
Чем больше развивается наука и техника, тем
сложнее становятся математические вычисления,
связанные с научными исследованиями и техниче-
скими расчетами. Правда, многие вычисления давно
уже упрощены такими приборами, как логарифмиче-
ская линейка, арифмометр и т. п. Но все они поз-
воляют решать только простые задачи: делить, мно-
жить, возводить в степень и т. д. А проектирование
современных машин и разных ответственных соору-
жений требует применения высшей математики, ко-
торая в свою очередь все более усложняется. При-
ходится решать дифференциальные уравнения и про-
изводить множество разных трудоемких и сложных
расчетов. Счетнорешающие машины работают недо-
статочно проворно. Чтобы автоматизировать такие
400
вычисления, механических счетных машин недисга
точно. Здесь могут помочь сложные быстродейст-
вующие электрические и радиотехнические схемы.
Снова на сцену выступает электроника — электроны
получают новые поручения, очень сложные и ответ-
ственные.
В 1947 году инженеры Н. В. Корольков,
В. П. Лебедев, Б. А. Волынский, под руководством
профессора Л. И. Гутенмахера, построили прибор
для решения сложных математических задач, воз-
никающих при конструировании машин и при иссле-
довании технологических процессов. Новый прибор
получил название электроинтегратора. Его созда-
тели удостоены в 1948 году Сталинской премии.
* Развивающаяся наука все более усложняет труд
ученых. Но она же дает способы для облегчения
умственного труда.
Тайна булатной стали
Хороши были старинные клинки! В прошлые века
их ценили на вес золота. Любого скакуна мог от-
дать казак за настоящую булатную саблю. Булат-
ным клинком можно было рубить железо, и лезвие
клинка не зазубривалось. Да что железо! Легкий
шелковый платок, подброшенный в воздух, толед-
ская и дамасская сабля рассекала н?»двое. То была
чудо-сталь, но никто в мире не знал, как ее варили
и закаливали. Производство клинков из знаменитой
стали прекратилось много сотен лет назад. Оружей-
ники, ревниво оберегавшие секрет изготовления
булата, унесли его с собой в мигилу.
26 М. Ивановская	401
Ученые разных стран пытались раскрыть Секрет
изготовления дамасской стали или индийского хара-
сана. Они перечитывали старинные рукописи, соби-
рали рассказы людей, которые хоть что-нибудь
слыхали о закалке стали от своих дедов и пра-
дедов.
Много фантастических рассказов было записано
об утраченном секрете. Говорили, что якобы всад-
ник на всем скаку выхватывал раскаленный клинок
из кузнечного горна и мчался во весь опор, бешено
вращая шашкой над головой. Остывая в воздушных
струях, клинок приобретал замечательную твер-
дость и прочность. Рассказывали также, что толед-
ские оружейники раскаленным клинком протыкали
жирного барана, и сталь закаливалась, остывая в
сале...
Но все это оказалось легендами. Секрет оста-
вался нераскрытым:
Отделкой золотой блистает мой кинжал;
Клинок надежный, без порока;
Булат его хранит таинственный закал —
Наследье бранного востока...
писал М. Ю. Лермонтов об этих кинжалах.
Лишь в прошлом столетии знаменитый ураль-
ский металлург П. П. Аносов научился варить все
сорта булата. Он раскрыл секрет изготовления
и дамасской стали, и индийского харасана. Аносов
разработал и обосновал научные методы закалки.
Он доказал, что сталь нельзя закаливать целиком,—
от такой закалки она становится не только твердой,
но и хрупкой — «сухой». «Насухо» закаленный кли-
402
Нок от резкого удара может разлететься на куски
так, как будто он не стальной, а стеклянный.
Стальное изделие следует закаливать только
с поверхности, одевая его панцырной «корочкой».
Сталь внутри изделия должна оставаться мягкой.
Именно такая закалка придает стали прочность.
Секрет закаливания стали, открытый русским
ученым, оказался очень важным не только для из-
готовления холодного оружия; современные станки
и машины строятся по высоким классам точности.
Коленчатые валы моторов, шестерни, оси, разно-
образные детали станков, инструменты требуют
умелой, поверхностной закалки.
Однако закалить изделие только по поверхно-
сти — дело нелегкое. Ведь в горне изделие нагре-
вается все целиком, а не только снаружи. Способы
закалки поверхностного слоя изделий разрабатыва-
лись, но они были сложны и не всегда давали на-
дежные результаты.
Эта трудная задача была наконец решена с по-
мощью электроники.
Волшебство высоких частот
Лет сорок назад в цирках показывали забавный
фокус. На арену выходил «факир» и ставил на про-
стой деревянный стол обыкновенную сковородку.
Кто-нибудь из зрителей осматривал сковородку и
убеждался, что она совершенно холодная, а стол
действительно деревянный.
Фокусник бросал на сковородку кусочек масла,
оно начинало шипеть,— фокусник жарил на «холод-
26*	403
ЙОй» сковородке йичнйцу й йа гЛазах йзуМЛёйЙоЙ
публики съедал ее.
Зрители придирчиво проверяли все манипуляции
фокусника и видели, что сковорода, поставленная
на деревянный стол, от какой-то неведомой причины
раскалялась до того, что на ней жарилась яичница.
Объясняется фокус просто. Под крышкой стола
был скрыт электромагнит. В обмотку этого электро-
магнита пропустили сильный переменный ток.
В свои права вступила электромагнитная индукция.
Под влиянием переменного тока, протекавшего по
обмоткам электромагнита, в металле, из которого
сделана сковорода, возникли индуктивные токи.
Они-то и разогрели ее.
Индуктивный нагрев металла был достаточно
хорошо известен электротехникам. Он считался
вредным явлением, так как возникавшие индуктив-
ные токи вызывали перегревание электрических
машин и бесполезную трату энергии.
До 1920 года никому из техников не приходило
в голову, что индуктивный нагрев металла можно
использовать для производственных целей. Эта идея
впервые родилась в Нижегородской радиолаборато-
рии. М. А. Бонч-Бруевичу, изготовлявшему генера-
торные лампы, понадобилось прогреть анод одной
из ламп. Но как нагреть анод, если он заключен
внутри стеклянного баллона? Извлечь анод из бал-
лона нельзя — погибнет лампа, да и нагревать анод
надо было именно в безвоздушном пространстве.
Задача казалась совершенно неразрешимой. Про-
никнуть в лампу нельзя, а не проникнув,— не на-
греешь анода.
404
Бонч-Бруевич нашел выход из положений.
Он изготовил проволочную катушку и надел ее на
баллон в том месте, где находится анод. Затем он
пропустил по катушке переменный ток высокой ча-
стоты. Стекло — плохой проводник тока — осталось
совершенно холодным, а анод, под влиянием воз-
никших в нем индуктивных токов, раскалился до-
красна,— цель была достигнута.
В. П. Вологдин заимствовал этот опыт и начал
применять индуктивные токи для нагрева анодов
ртутных выпрямителей, которьции он тогда зани-
мался. Но так как в лаборатории шла напряженная
работа по созданию первых советских радиостан-
ций, то В. П. Вологдин на время отложил исследо-
вания по высокочастотному нагреву.
Несколько лет спустя, когда В. П. Вологдин вер-
нулся к прерванным исследованиям, он установил,
что токи высокой частоты, если их включать на ко-
роткое время, прогревают металл, не проникая
в глубь его: раскаляется только поверхностный слой,
сердпевина же остается холодной.
Далее было найдено, что глубина прогреваемого
поверхностного слоя зависит от частоты колебаний
тока. Городской осветительный ток, имеющий ча-
стоту 50 периодов в секунду, прогревает металл на
глубину в несколько сантиметров. Если же вклю-
чить на короткий срок переменный ток частотой
50 тысяч периодов в секунду, то он нагреет изделие
на глубину всего лишь в один миллиметр. Чем
выше частота, тем меньше глубина прогреваемого
слоя.
И это было именно то, о чем мечтали русские
инженеры со времен П. П. Аносова. Именно такой
405
поверхностный нагрев требовался для безупречно
правильной закалки стальных изделий.
С помошью токов высокой частоты удалось раз-
решить задачу, над которой ученые и инженеры
тщетно бились несколько десятилетий.
Лучше толедских мастеров
Первые опыты по высокочастотной закалке были
поставлены В. П. Вблогдиным в 1925 году на Киров-
ском заводе в Ленинграде. Здесь применили токи
высокой частоты для закалки фрез. Затем техниче-
скую новинку ввел у себя один из самых передовых
заводов нашей страны — автомобильный завод
имени Сталина, для быстрой и надежной закалки
шеек коленчатых валов автомобильных двигателей.
Был построен закалочный станок. На шейку вала
надели петлю из тонкой медной трубки. По этой
петле пропустили ток высокой частоты. Прошло
2—3 минуты — поверхность шейки вала нагрелась.
Со стороны торна вала было видно, что наружные
слои металла раскалились до соломенно-желтого
цвета, а сердцевина шейки вала осталась темной
и холодной.
Ток выключили, шейку вала быстро охладили.
Закалка, длившаяся всего лишь несколько минут,
закончилась. Поверхность шейки осталась чистой
и гладкой, как и до закалки. Никакой окалины не
образовалось.
Отечественная промышленность получила новый,
исключительно быстрый, дешевый и надежный спо-
405
Катушка	Закаливаемая
контура деталь
жидкость
Рис. 115. Схема закалки токами
высокой частоты.
соб закалки стальных изделий. Регулируя частоту
и мощность тока, можно прогревать изделия на лю-
бую глубину и создавать закаленный «панцырный»
слой толщиной в
1 миллиметр, а если
нужно — ив несколь-
ко сантиметров (рис.
115).
Резко изменился
даже ' внешний вид
закалочного цеха. На
смену старым «ка-
лилкам» с их дымом,
жарой и чадом при-
шли сверкающие чи-
стотой высокочастот-
ные установки —
ТВЧ. Не черный фар-
тук кузнеца, а си-
ний комбинезон электрика носит теперь мастер
закалки.
Многие металлообрабатывающие предприятия
Советского Союза ввели высокочастотную закалку.
На заводах теперь имеются либо машинные гене-
раторы высокой частоты, либо ламповые генераторы.
Электрон оказался неплохим «толедским куз-
нецом».
С неменьшим успехом токи высокой частоты слу-
жат и для плавки металлов.
Некоторые сплавы можно готовить только с по-
мощью токов высокой частоты. При обычной тигель-
ной плавке на огне расплавленный металл впиты-
вает в себя газы и загрязняется, качество сплава
«7
значительно ухудшается. Токи высокой частоть!
позволяют плавить металл в вакууме, без доступа
воздуха и, таким образом, лают идеально чистые
сплавы. При этом плавка 100 килограммов металла
длится не бплее 15 минут.
За разработку и внедрение в производство но-
вого метода закалки поверхностей стальных изде-
лий член-корреспо'ндент Академии наук СССР
В П. Вологдин удостоен Сталинской премии, и
в апреле 1948 года В. П. Вологдину, первому из
ученых, была присуждена золотая медаль имени
А С Попова.
За создание нового типа кузнечного цеха
В П Вологдин был вторично удостоен Сталинской
премии — настолько ценны оказались его работы по
электронике.
Искусственная электрическая лихорадка
Для разогрева неметаллических изделий приме-
няется не индукционная катушка, а конденсатор.
Такие конденсаторы промышленных установок напо-
минают своим видом большие книжные полки.
К пластинам конденсатора подводится напряже-
ние высокой частоты, и между ними возникает бы-
стропеременное электрическое поле, которое воздей-
ствует на материал, помещенный в пространстве
между пластинами.
Воздействие высококачественного электрического
поля на неметаллические изделия своеобразно. В них
так же как в металлах получается выделение тепла
за счет энергии высокочастотного поля, но нагрев
408
распространяется не по поверхности изделия, а по
всей его толще. Колебания электрического поля ме-
жду пластинами конденсатора высокочастотной
установки, проникая в глубь материала, устраивают
его частицам, особенно частицам воды, содержа-
щимся в изделии, весьма основательную встряску.
Объятые такой «электрической лихорадкой», ча-
стицы воды быстро превращаются в пар и улету-
чиваются. Высокочастотные установки прекрасно
сушат фарфор, фаянс, древесину.
Сырую древесину пускать в дело нельзя. Изде-
лия из непросушенного материала неминуемо рас-
сохнутся. растрескаются и покоробятся. Для изготов-
ления мебели, фанеры, оконных рам, деревянных
частей самолетов или музыкальных инструментов
древесину приходится подолгу сушить. Чтобы вы-
сушить дубовый брусок квадратного сечения раз-
мером 10X10 сантиметров, его приходится выдер-
живать в сушилке 100 дней.
Обычная сушка березы в печах занимает при-
мерно 350 часов. Расход топлива при этом весьма
велик: чтобы высушить одно полено, другое полено
надо сжечь. Качество сушки невысоко: от нагрева-
ния дерево коробится и растрескивается. Из двух
досок — одна идет в брак. При обычной сушке под
влиянием теплоты влага прежде всего испаряется
из наружных слоев. Внутри древесина остается
сырой, сохраняет свой объем. Наружные слои, под-
сыхая, съеживаются и, встречая сопротивление
внутренних слоев, трескаются. Поэтому сушку ведут
нарочито медленно, так, чтобы внутренние и наруж-
ные слои, по возможности, подсыхали бы одновре-
менно. И на это уходят годы!
409
В сушильных цехах деревообрабатывающих заво-
дов электроника произвела такой же переворот,
как и в закалке стали.
Совершенно сырые доски, только что вышедшие
из лесопильной рамы, укладывают на полки высо-
кочастотной «этажерки». Включают ток. Минута,
и доски окутываются паром. Еще несколько минут,
и доски перестают парить: «электрическая лихо-
радка» полностью выгнала из них всю влагу.
Толстые дубовые брусья высыхают в течение
нескольких часов, березовые — за 30 минут. Под дей-
ствием токов высокой частоты древесина становится
даже более прочной, чем после обычной сушки го-
рячим воздухом.
Такая же техническая революция произошла и
в сушильных цехах керамических заводов. Фарфо-
ровые изоляторы для высоковольтных линий элек-
тропередач прежде выдерживались в сушилках не-
делями, так как размеры изоляторов велики, больше
человеческого роста, и сушка велась осторожно,
медленно, чтобы не получалось брака.
Высокочастотные установки ускорили сушку изо-
ляторов в сотни раз.
Токи высокой частоты помогли спасти много
ценнейших книг Государственной Публичной библио-
теки им. Салтыкова-Щедрина. Во время блокады
Ленинграда книги в нетопленых хранилищах отсы-
рели. Разрушительная плесень поползла по перепле-
там и страницам. Высушить книги обычным спосо-
бом было невозможно. Бумага сохнет плохо и, вы-
сыхая, коробится. Токи высокой частоты высушили
книги без всякого вреда для бумаги, уничтожиди
410
плесень, а заодно и всех жучков-точильщиков, ко-
торые успели завестись в книгах.
Токами высокой частоты вытапливают жир из
тресковой печени, сшивают без ниток ткани из раз-
личных сортов пластиката или искусственного во-
локна, нагревают пластмассы, вулканизируют авто-
мобильные шины.
Применение токов высокой частоты в народном
хозяйстве Советского Союза составляет важную
часть той материально-технической базы коммуниз-
ма, которую создает советский народ в годы
сталинских послевоенных пятилеток.
ГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ
ВПЕРЕДИ ЕЩЕ МНОГО ОТКРЫТИЙ
Успехи электронной теории
Открытие электрона и обобщение сведений, на-
копленных о нем наукой, заставили ученых рассмат-
ривать во взаимной связи и отдельные электриче-
ские заряды, и электромагнитные поля, окружающие
заряды.
Постепенно возводилось здание, электронной тео-
рии, установившей, что заряд и электромагнитное
поле органически связаны друг с другом, зависят
друг от друга, обусловливают друг друга.
Заряд всегда создает вокруг себя электрическое
поле. Когда заряд движется, он создает, кроме того,
и магнитное поле.
Внешнее электрическое или магнитное поле на-
правляет движение электрона и изменяет его ско-
рость. Оно может увеличивать и уменьшать энергию
электрона.
При торможении электроны излучают электро-
магнитную энергию в виде электромагнитных прда
413
И, наоборот, ЭлёЙТрОМЙГНИТЙЫё ЁдЛНЫ МОГуТ ОТДЗ8
вать свою энергию электрону.
В итоге почти 50-летних исканий мы узнали, что
электроны образуют ободочку атома, располагаясь
в ней на определен-
ных уровнях.
Заряд электрона
равен 1,6 10~19 ку-
лона.
Масса электрона
составляет 9,1 • 10“28
грамма.
Электрон в 1836,6
раза легче прото-
на — ядра водород-
ного атома.
Электрон в невоз-
бужденном водород-
ном атоме находится
Р и с. 116. Видеть электрон пока
еще не удается, но можно видеть
след, который он оставляет, про-
летая в поле зрения прибора.
На снимке: быстрая частица А, столк-
нувшись с атомом, выбила из него
электрон Б, который летел медленно и
потому описал в магнитном поле кри-
вую линию.
от ядра на расстоя-
нии в 0,529 • 10“8 сан-
тиметра.
Электронная тео-
рия объяснила и свя-
зала воедино раз-
нообразнейшие про-
явления электричек
ской энергии, осветила путь практической электро-
нике.
Хотя увидеть электрон еще невозможно, но уже
удается видеть след его в насыщенном водяном
царе,— цепочку маленьких водяных капелек, пре-
красно различимых при ярком освещении.
413
На рисунке 116 представлены сфотографирован-
ные следы того; как быстрая частица А в магнит-
ном поле, столкнувшись с атомом, выбила из него
электрон Б, движущийся со значительно меньшей
скоростью и потому искрививший свой путь под
действием магнитной силы, а сама пролетела
дальше. Скорость А была столь велика, что магнит-
ное поле могло лишь едва-едва искривить ее траек-
торию.
Электроника стала одной из тех «волшебных па-
лочек», с помощью которых человек творит чудеса,
оставляющие далеко позади вымысел сказок.
Богатая фантазия русского народа, проникнутая
глубокой верой во всемогущество творческого гения
человека, позволяла героям наших сказок летать на
ковре-самолете, разгуливать в семимильных сапо-
гах, слушать, как растет трава и перешептываются
звезды...
В наши дни, благодаря замечательным успехахМ
науки и победам человека над природой, сказки ста-
новятся былью. У нас есть теперь и ковер-само-
лет, и семимильные сапоги — железные дороги, и
послушный ветерок — радиосвязь, и волшебное
зеркальце — телевизоры, и чудо-огонек — люмине-
сцентная лампа.
Гениальное, предвидение В. И. Ленина
Под влиянием успехов электронной теории неко-
торым ученым, не отрешившимся еще от своих
идеалистических воззрений, стало казаться, что
наука уже достигла своего предела.
414
У некоторых физйков сложилось представление,
что электрон будто бы является наипростейшим
элементом мироздания, все свойства которого ис-
черпываются его массой и зарядом.
В 1908 году, то есть на заре современных пред-
ставлений об электроне и атоме, когда электронная
теория только делала свои первые шаги, Владимир
Ильич Ленин в своем гениальном произведении
«Материализм и эмпириокритицизм» беспощадно
разоблачил физиков-идеалистов, извращавших на-
уку. Он указал на реакционность утверждений тех
«ученых», которые вообразили, что, углубляясь
в недра вещества, они уже «дошли до предела при-
роды». В. И. Ленин писал: «... если вчера это
углубление не шло дальше атома, сегодня — дальше
электрона и эфира, то диалектический материализм
настаивает на временном, относительном, приблизи-
тельном характере всех этих вех познания природы
прогрессирующей наукой человека. Электрон так же
неисчерпаем, как и атом, природа беско-
нечна. ..»1
Гениальное предвидение В. И. Ленина подтвер-
дилось всем ходом развития науки. Ученые вслед
за открытием электрона установили его место
в атоме, открыли существование ядра атома и дру-
гих простейших частиц.
В свете новых фактов электронная теория пре-
терпевала серьезные изменения. В ней обнаружи-
лись глубокие противоречия, которые одно время
даже казались неразрешимыми. Создатель электрон-
ной теории физик Лоренц однажды выразил сожа-
1 В, И. Ленин, Соч., т. 14, стр. 249.
415
ление, что он не умер раньше, чем обнаружились
эти противоречия.
Электрон не укладывался в рамки первоначаль-
ных упрощенных представлений о нем. Так, напри-
мер, опыты неопровержимо доказывали, что два
электрона, находящиеся в атоме на одном и том же
энергетическом уровне, все же чем-то отличаются
один от другого.
Приблизиться к объяснению этого различия
в движении электронов физике помогла астрономия.
Ведь планеты не только обращаются вокруг Солнца,
они одновременно вращаются вокруг своих осей.
Может быть, и электроны вертятся, как волчки?
Многие наблюдения хорошо объясняются таким
допущением. Однако против него есть и серьезные
возражения.
Зато магнитные свойства электрона доказаны
несомненно. Электрон имеет магнитную ось, он пред-
ставляет собой маленький магнитик; это доказано
прямыми опытами.
Не так-то оказывается проста эта «простейшая
частица», и много задач задает она ученым, много
задач задаст и в будущем.
Электрон — и волна и частица
В те же годы, то есть в первой четверти XX века,
зародилась мысль, что электроны не всегда ведут
себя как частицы вещества. Иногда они обнаружи-
вают волновые свойства, которые роднят быстроле-
тящие электроны со световым- лучом.
416
Чтобы проверить это предположение, в 1926 году
повторили опыт с просвечиванием кристаллического
вещества, только вместо рентгеновских лучей, какие
обычно применяют для этой цели, употребили элек-
тронный луч, то есть заменили рентгеновские лучи
потоком электронов и посмотрели, что получится от
такой замены (рис. 117).
Рис. 117. Схема опыта, которым было доказано сходство
между рентгеновскими лучами и электронным пучком.
В — тонкий металлический листок, сквозь который проходил
электронный поток.
Рентгеновские лучи, проходя сквозь листок ме-
талла, который состоит из множества мелких кри-
сталликов, дают на фотографической пластинке
своеобразный рисунок: в центре появляется круглое
пятно, отпечатанное теми лучами, какие прошли
сквозь кристалл без рассеяния, а вокруг этого цен-
трального пятна вырисовываются концентрические
круги, которые делают фотоснимок похожим на
стрелковую мишень или на вид луны, когда она све-
тит сквозь тонкие облака.
27 М. Ивановский
417
мых лучей: проходя ci
Рис. 118. Электронный
луч, пройдя сквозь ме-
таллический листок, от-
печатал на фотопластинке
концентрические кольца.
Эти кольца дают возможность судить о внутрен-
нем строении вещества, сквозь которое прошли рент-
геновские лучи.
И эти же кольца неопровержимо доказывают
колебательную, волновую природу рентгеновских лу-
чей, позволяют определить длину волны исследуе-
возь одну и ту же пластинку,
рентгеновские лучи разной
длины волны дают кольца
различного диаметра.
Велико же было удивле-
ние ученых, когда электрон-
ный луч, то есть поток бы-
стро летящих частиц, пройдя
сквозь тончайший металли-
ческий листок, тоже отпеча-
тал на фотографической пла-
стинке концентрические коль-
ца. Поток электронов в этом
опыте вел себя так же, как
рентгеновский луч опреде-
ленной длины волны (рис.
118).
Дальнейшие исследова-
ния показали, что поток электронов действительно
обладает всеми особенностями луча с очень малой
длиной волны.
Это открытие сразу же приобрело практическое
значение, оно позволило применить электроны для
исследования строения вещества. Были построены
приборы — электронографы, которые в ряде случаев
дают лучшие результаты, чем рентгеновские аппа-
раты.
41$
Именно с помощью электронографов химики убе-
дились, что молекулы шерсти, шелка, целлюлозы,
древесины, искусственного волокна и многих пласт-
масс имеют форму нитей или цепочек, состоящих
из отдельных звеньев.
«Капли света»
Открытие волновых свойств электронов еще
больше увеличило сумбур в воззрениях западноевро-
пейских и американских физиков. Электрон стал ка-
заться им чем-то вроде двуликого Януса или ска-
зочного оборотня, который может оборачиваться по
своему желанию то волной, то частицей.
Этот сумбур усугубляли новые исследования при-
роды света. Свет, такое типично волновое, колеба-
тельное явление, в то же время оказался состоящим
из отдельных частичек — фотонов.
В волновой природе света никто не сомневался,
но и в то же время никто не мог объяснить, по-
чему синяя обложка школьной тетради на свету
становится серой, почему под солнечными лучами
постепенно выцветают ткани, изменяются краски и
многие другие вещества.
Когда морская волна накатывается на песчаный
пляж, прибрежный песок, накрытый волной, сразу
становится мокрым. Не может быть такого положе-
ния, чтобы при этом одна песчинка намокла, а дру-
гая, лежащая рядом, осталась бы сухой. Так бы-
вает только, когда начинается дождь. Песчинки, на
которые упали первые капли, намокают, а остальные
27*
419
остаются сухими до тех пор, пока на них в свою
очередь не упадут дождевые капли.
В окрашенной ткани распределены мельчайшие
частицы — молекулы краски, которые можно упо-
добить песчинкам на берегу. На окрашенную ткань
падает свет. Под его воздействием частицы краски
разрушаются — краска выцветает. И всем прекрасно
известно, что частицы краски распадаются не сразу,
не одновременно, а по очереди, постепенно. Чтобы
обложка тетради полностью выцвела, ей надо про-
лежать на солнце несколько месяцев. Словом, свет
действует на частицы краски не как накатившаяся
волна, а как капли дождя. Только прямое попада-
ние световой «капли» — фотона раскалывает моле-
кулу краски, а бесчисленное множество фотонов
пролетает мимо молекул, не причиняя им никакого
вреда.
«|Капельность» света наблюдал и Столетов, иссле-
довавший явление фотоэффекта. Только благодаря
«капельности» света возможны фотография и кино.
Сотни примеров подтверждают вывод о прерывистой
природе света.
Световые волны оказались не только волнами,
но и частицами, а электроны — не только частица-
ми, но и волнами.
Тут, конечно, было над чем призадуматься.
И некоторые физики поспешили .объявить элек-
троны не частицами вещества, а чем-то промежуточ-
ным между веществом и светом. Но это предполо-
жение только глубже заводило физику в тупик.
Ученые наблюдали движение потоков не элек-
тронов, а более тяжелых частиц — протонов, то есть
ядер водородных атомов. В их вещественности уж
420
никто сомневаться не мог. Мощным электрическим
полем разгоняли протоны до очень большой скоро-
сти. Оказалось, что и они при этом тоже проявляют
волновые свойства.
И тогда пришлось признать, что между светОхМ
и веществом, которые так непохожи друг на друга,
есть много общего: то и другое обладает свой-
ствами и волн и частиц.
Более того, оказалось, что свет обладает мас-
сой. Собственно говоря уже из опытов знаменитого
русского ученого П. Н. Лебедева, доказавшего, что
свет давит на те предметы, на какие он падает, сле-
довало вывести такое заключение. Но всеобщее при-
знание оно получило несколько позже.
Единство мира в его материальности
В наше время уже не только установлен самый
факт существования массы света, но и найден точ-
ный способ вычисления этой массы. Так, например,
подсчитано, что Солнце посылает на Землю каждую
секунду около двух килограммов света.
«Существующий материальный мир — движу-
щаяся материя— представляется нам в двухоснов-
ных формах — как вещество и свет»,— говорит
академик С. И. Вавилов.
Свет — одна из форм движущейся материи.
В этом смысле вещество и свет едины. Но между
ними есть и существенное различие.
Частицы вещества — электроны, протоны, ней-
троны, атомы, молекулы — так же как и большие
тела, могут двигаться, как с очень малыми, так и
421
е большими скоростями. Ограничение для них
одно — они не могут достигать скорости света.
Частины света — фотоны — наоборот в вакууме
могут двигаться только с одной скоростью — со ско-
ростью света, около 300 000 километров в секунду.
Частицы вещества обладают определенной мас-
сой даже при самом медленном движении. Так, на-
пример, «масса покоя» электрона равна 9,106- 1G*28
грамма.
Фотон же, частица света, «массы покоя» не
имеет. Вся его масса связана с его колоссальной
скоростью.
Правда, масса любой частицы вещества зависит
от ее скорости и возрастает с увеличением скоро-
сти. Но вещество не теряет своей «основной» массы
даже в состоянии относительного покоя, а фотон
вообще не может существовать, не двигаясь с огром-
ной скоростью. Электрон в сильном электрическом
поле можно разогнать до скоростей, близких к ско-
рости света. Опыт показал, что масса его при этом
действительно сильно возрастает.
Электрон неисчерпаем
Чем дальше идут исследования, тем больше
нового мы узнаем об электроне. И никто не может
сказать, что сведения об электроне полностью ис-
черпаны. Каждое углубленное исследование прино-
сит еще что-нибудь новое, остававшееся до сих пор
неизвестным. Сумма знаний об электроне непрерыв-
но увеличивается.
Примерно 20 лет назад было обнаружено суще-
ствование «родного брата» электрона — частицы,
равной электрону по массе и по величине электри-
ческого заряда, но обладающей не отрицательным
зарядом, а положительным. Такой положительный
электрон получил название
Позитрон, так же как и
ядерных реакциях, когда
«позитрон».
электрон, рождается при
атомы одного элемента
превращаются в ато-
мы другого элемента,
но в отличие от на-
шего старого знако-
мого — обычного
эл ек тро н а, поз итро н
очень недолговечен.
Его жизнь обычно
исч исля етс я малыми
долями секунды. Он
существует только до
встречи с электро-
ном.
На рисунке 119
представлена редкая
фотография, на ко-
торой удалось снять
момент рождения
электрона и позитро-
на в магнитном поле.
Так как заряды их со-
вершенно одинаковы
Рис. 119. Рождение электрона и
позитрона и их следы в перена-
сыщенном паре. Так как заряды
их по знаку противоположны, то
магнитное поле искривляет их
пути в разные стороны.
по величине, но по знаку противоположны, то маг-
нитное поле искривляет их пути в разные стороны
Это ясно показывают те следы, которые они оста-
вили в перенасыщенном паре.
Встретившись, электрон и позитрон «гибнут». Ра-
зумеется их «гибель» условна. Материя вечна, она
только видоизменяется. В результате столкнове-
ния позитрон и электрон превращаются в два фо-
тона гамма-излучения, которые разлетаются в про-
тивоположные стороны. Гамма-излучение родственно
рентгеновским лучам, но только фотоны гамма-из-
лучения несут еще большую энергию, чем фотоны
рентгеновских лучей.
Так, постепенно, год за годом у электрона обна-
руживались все новые и новые свойства. Эти откры-
тия убедительно доказали справедливость гениаль-
ного ленинского утверждения о неисчерпаемости
электрона.
Кризис буржуазной науки
Со времени выхода в свет работы В. И. Ленина
«Материализм и эмпириокритицизм» прошло немно-
гим более 40 лет. За этот период наука шагнула
далеко вперед, но пропасть между идеалистическим
направлением в физике и подлинной наукой не стала
меньше. Наоборот, она углубилась и окончательно
разделила ученых на два противоположных и не-
примиримых лагеря.
Наука в капиталистических странах переживает
тяжелый и безвыходный для нее кризис упадка и
загнивания. Этот кризис является непосредственным
отражением распада и разложения буржуазного
общественного строя.
Физики-идеалисты стремятся всеми силами по-
мочь гибнущему капитализму и свое стремление
осуществляют двумя путями.
424
Они создают теории, которыми пытаются задер-
жать дальнейшее развитие науки, запутать ее, до-
казать существование потустороннего мира, который
якобы способен влиять на судьбы человечества.
Они утверждают, что, углубляясь в мир атомов,
электронов и фотонов, ученый попадает в мир не-
познаваемого, где физическое соприкасается с бо-
жественным.
Эти ученые, например, стараются доказать, что
электроны движутся в оболочке атома не по зако-
нам природы атомного мира, а руководствуясь лишь
своей «свободной волей».
Некоторые «ученые» договорились даже до того,
что усмотрели у электрона душу. Все это в конеч
ном счете сводится к желанию во что бы то ни стало,
любыми способами доказать существование бога и
небесного рая, в воздаяние за тот вполне, реальный
ад, который капитализм устроил народам на одной
половине земного шара.
Второй путь физиков враждебного идеалистиче-
ского лагеря — это усиленная разработка атомных
бомб и других средств уничтожения людей. Эти
ученые скатились до «людоедского» образа мышле-
ния. Их буржуазная наука перестала быть наукой,
потому что она направлена не на благо общества,
а на его уничтожение.
Подлинной науке открыт широкий простор только
в нашей стране и в странах народной демократии.
Советские ученые в острой борьбе со всякого рода
реакционерами отстаивают ясное материалистиче-
ское мировоззрение. В своих работах они руковод-
ствуются мудрыми положениями диалектического
425
материализма, сформулированными великим кори-
феем науки товарищем Сталиным.
Товарищ Сталин в своих философских трудах
указывает, что «мир по природе своей материален,
что многообразные явления в мире представляют
различные виды движущейся материи, что взаимная
связь и взаимная обусловленность явлений, устанав-
ливаемые диалектическим методом, представляют за-
кономерности развития движущейся материи, что
мир развивается по законам движения материи и не
нуждается ни в каком «мировом духе».1
Отечественная наука непрерывно обогащает и
углубляет наши знания о природе,— она увеличи-
вает золотой фонд точных, проверенных фактов,
сведений, наблюдений, законов, и постепенно рас-
крывает картину строения внутриатомного мира и
все точнее устанавливает роль одной из частиц это-
го мира — электрона.
На пользу и славу Отчизны!
Советский человек властной рукой изменяет об-
лик нашей планеты. Он не только покоряет природу,
он исправляет ее и создает новую природу — приро-
ду, достойную человека коммунистического обще-
ства.
Создавая новую природу, человек, разумеется,
сам остается неотъемлемой ее частью: «... на ка-
ждом шагу факты напоминают нам о том, что мы
отнюдь не властвуем над природой так, как завое-
1 И. Сталин, Вопросы ленинизма, 11 изд., rrp. 541.
<6
ватель властвует над чужим народом, не властвуем
над нею так, как кто-либо находящийся вне приро-
ды,— что мы, наоборот, нашей плотью, кровью и
мозгом принадлежим ей и находимся внутри ее, что
все наше господство над ней состоит в том, что мы,
в отличие от всех других существ, умеем познавать
ее законы и правильно их применять». 1
Наука, постигающая законы природы и углуб-
ляющаяся в ее тайны, с каждым годом приобретает
все большее и большее значение. В условиях совет-
ской действительности она стала могучей движу-
щей силой прогресса.
Мы имеем полное право гордиться мощью наших
машин, совершенством станков, точностью автома-
тических и телемеханических устройств, победами
авиации и всеми другими успехами социалистиче-
ской науки и техники, созданными трудами совет-
ских людей.
Многими из этих успехов мы обязаны электро-
нике.
«Ум человеческий,— писал В. И. Ленин еще
в 1908 году,— открыл много диковинного в природе
и откроет еще больше, увеличивая тем свою власть
над ней».1 2
Вдохновенно работают советские ученые. Они ви-
дят непосредственное воплощение достижений науки
в исторических делах нашей эпохи, в грандиозном
преобразовании природы, в великих стройках комму-
низма. Советские ученые работают вместе с людьми
1 Ф. Энгельс, Диалектика природы, Госполитиздат,
1950, стр. 141.
2 В. И. Ленин, Соч., т. 14, стр. 268.
427
производства, в тесном содружестве с ними, обога-
щая науку их опытом.
С каждым годом напряженного творческого
труда всего советского народа, с каждой сталин-
ской пятилеткой коммунизм в нашем Отечестве ста-
новится все более близким и реально ощутимым.
Великая цель народов Советского Союза — по-
строение коммунистического общества, достижение
изобилия материальных и духовных благ для всех
трудящихся, для процветания и счастья всего чело-
вечества — рождает великую энергию в народных
массах. Эта грандиозная цель вдохновляет миллио-
ны людей на замечательные трудовые подвиги, на
новые творческие искания, на новые победы совет-
ской науки и техники.
Наша великая Сталинская эпоха — эпоха гран-
диозных открытий и преобразований, совершаемых
советскими людьми,— неутомимыми искателями,
пытливыми исследователями, упорными тружени-
ками!
ЧТО ЧИТАТЬ ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ
Вавилов С. И., Глаз и солнце, Акад, наук СССР, 1950.
Вавилов С. И., О «теплом» и «холодном» свете, Акад,
наук СССР, 1949.
Головин Г. И., Ленин и Сталин о радио, Лениздат,
1947.
Иоффе А. Ф. Электрический заряд, Детгиз, 1945.
Корсунский М. И., Атомное ядро, ГИТТЛ, 1950.
Кудрявцев П. С., История физики, т. I, Учпед-
гиз, 1948.
Лебедев В. И., Исторические опыты по физике, 1937.
Лебедев В. И., Электричество, магнетизт>1 и электро-
ника в их историческом развитии, 1937
Малов Н. Н.— Радио на службе у человека, Воениздат,
1948.
Мезенцев В. А., Из чего построен мир, Госкульгпро-
светиздат, 1950.
Сборник «Очерки по истории физики в России», Учпед-
гиз, 1945.
Научно-технический сборник «50 лет радио». Связь-
издат, 1945.
Рыбкин П. Н., Десять лет с изобретателем радио,
Связьиздат, 1945.
Шателен М. А., Русские электротехники, ГЭИ, 1950.
Честнов Ф. И., Радио сегодня, Воениздат, 1950.
Научно-популярная библиотечка ГИТТЛ
Гапонов В. И.—- Электроны. Гладков К. А.— Даль-
новидение. Данцигер А. С.— Электрическая лампочка.
Жданов Г. С.— Рентгеновы лучи. Зисман Г. А.— Мир
атома. Клементьев С. Д.— Зоркий помощник.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава первая. Электрон заявляет о своем существовании 3
Г лава вторая. Ученые догадываются о существовании
электрона...............................................35
Г лава третья. Электрон перестает быть незнакомцем . .	82
Г лава четвертая. Пленники невидимой крепости. . . . 127
Г лава пятая. Служба свободных электронов..............149
Глава шестая. Самый быстрый вестник....................170
Глава седьмая. Электрон открывает невидимый мир . . 235
Глава восьмая. Электрон в разреженном газе .... 269
Г лава девятая. Борьба за короткие волны ...... 297
Г лава десятая. Современный «Золотой петушок» . . . 314
Г лава одиннадцатая. Свет и ток ...	..........333
Глава двенадцатая. В заводских цехах...................388
Глава тринадцатая. Впереди еще много открытий . . 412
Обложка и титул
художника Л. Красовского
Рисунки и схемы в тексте
художников: Е. Войшвилло,
Б. Толмачева и Л. Красовского
Редактор Н. Теребинская
Художник-редактор Г. Левин
Техн, редактор В. Макрушин
Корректор А. Гроссман
Подписано к печати 11/VI 1952 г. М-33329. Тираж 50 000.
Бум. 70x108 1/32. Бум. л. 6,75. Печ. л. 18,5. Уч.-изд. 15,45
Заказ № 64. Цена 5 руб. 35 коп., по прейскуранту 1952 г.
Типолитография Ленинградского отделения издательства
ЦК ВЛКСМ «Молодая гвардия».
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стр.	Строка	Напечатано	Следует читать	По вине
147	2-я снизу	движения	движением	
221	8-я	»	затемнений.	затмений.	редакции
379	13-я сверху	с увлечением	с увеличением	
М. Ивановский «Покоренный электрон»
1	—	—			Г Р	У 11 II	ы э л	Е М Е	НТО	В				
§ ё	РЯДЫ		1 R20	п R0	III R.0,	IV rh4 ro2	V ] rh3 R20j	VI I ВН: R0,	VII RH R,0,		VIII	ro4	0
II	1	к	Н ’ ВОДОРОД 1,0080	1								1 I 1 1		2 Не ГЕЛИЙ 2 4,003
II	2	1	Li 3. ЛИТИИ 6,940	2	Be 4 . БЕРИЛЛИИ? 9,02	2	5 в 3 БОР 2 10,82	6 с 4 УГЛЕРОД 2 12,010	7 N 5 АЗОТ 2 14,008	8 0 в КИСЛОРОД 2 16,0000	9 F , ФТОР 2	19,00				'° Ne i в НЕОН 2 20,183
111	3	ы U к	Na” НАТРИЙ J 22,997	2	Мп" МАГНИЙ 2 24,32	2	13 А1 J АЛЮМИНИЙ 2	26,97	14	• 4 S* J КРЕМНИИ 2 28,06	15 р * ФОСФОР 2	30,98	,6 s J СЕРА 2	32,06	17 С1 в ХЛОР 2 35,457		]		18 Аг ® АРГОН 39,944
IV	4	N М 1 К	к 19 , КАЛИЙ J 39,096 г	Са 20 , КАЛЬЦИЙ « 40,08	2	Sc 21 , СКАНДИЙ ’ 45,10	2	Ti 22 г ТИТАН g 47,90 г	V 23	7 ВАНАДИЙ у 59,95	?	Сг 24 : ХРОМ 7 52,01	2	Мп25 . МАРГАНЕЦ j 54,93	2	26 2 Ее 7 ЖЕЛЕЗО 2	55,85	27	Н 2 Со *в КОБАЛЬТ 2	58,94	: 28 Ni 7 НИКЕЛЬ 2	58,69	
	5	К м L К	29 . Си МЕДЬ 2	63,57	30 г-] > Zn 7 ЦИНК 2	63,38	31 Г* 5 Са 7 ГАЛЛИЙ ® 69,72	. 32 Ge 7 ГЕРМАНИЙ 2	72,60	3*3 А > As 7 мышьяк 2	74,91	34 в Se •® СЕЛЕН 2	7 £,96	> 35 Вг 7 БРОМ 1 79.916				. 36 Кг 7 КРИПТОН 5	83,7
V	6	о N L К	Rb 37 г РУБИДИЙ 7 85.48	2	Sr 38 ; О 1	8 СТРОНЦИЙ 7 87,63	2	Y 39 : ИТТРИЙ 7 88.92	2	Zr40 ЦИРКОНИЙ 7 91,22	2	Nb4’ •; НИОБИЙ J 92,91	2	Мо42 1! молиьден 7 95,95	?	Т 43	, 1 С	13 ТЕХНЕЦИЙ ’• (99)	2	Л 44 Ru 7 РУТЕНИЙ 2	Ю1.7	л 45 Rh 7 РОДИЙ 2	102.91	/в 46 Pd 7 ПАЛЛАДИЙ 2	106,7	
V	7	О N L К	; "Ад в СЕРЕБРО * * 107.880	48 Cd 7 КАДМИЙ 2	112.41	ч	49 I l2	1П 7 ИНДИЙ 2	114,76	.	50 г< ’ Sn 7 олово 2	118,70	51 Sb 7 СУРЬМА 2	121,76	4 52 Те 7 ТЕЛЛУР 7 127,61	2	83 I Г.	1 ; иод 2 126,92				4 54 Хе 7 КСЕНОН 2	131,3
vr	8	Р О N L К	CS 55 ,! ЦЕЗИЙ ’• 132,91	2	П	56	2 В а л БАРИЙ 7 137.36	2	। ,	57	1 L a Isa-Ji „* ЛАНТАН 7 138,92	2	не 72	2 Hi й ГАФНИЙ ’J 178,6	2	гр.	73	2 Та	з" ТАНТАЛ 7 180,88	2	W 74 J ВОЛЬФРАМ 7 183,32	2	Не75 | РЕНИИ	в 185,31	2	» ” 0s в ОСМИИ 2 190,2	й 77 1г 7 ИРИДИЙ ’	193,1	« ’ Pt в ПЛАТИНА 2 195.23	
VI	9	О N М U к	i 79 Аи 7 золото 1	197,2	Й 80 Нд РТУТЬ в г 200,61	Й 81 Т1 7 ТАЛЛИЙ 2	204,39	й 82 РЬ 7 СВИНЕЦ 2 207, 21	83 Bi 7 ВИСМУТ 2	209.00	,в 84 гл Ро полоний 2 (210,0)	г 85 At 8 АСТАТИН ?	(211)				й 8С Rn в РАДОН 2 222	
VII	10	с р О N м L К	Ft87 11	32 ФРАНЦИЙ ’{ (223)	’	г» 88 i Ra Л РАДИИ и 226,05 ’	А 89 1 А С SO3 ;• АКТИНИЙ 1В 227	;								
ЛАНТАНОИДЫ	р 0 м L К	58	2 Се ЦЕРИЙ 7 140,13	2	Рг 59 J ПРАЗЕОДИМ1; 140,92	2	Nd 60 i НЕОДИМ ’J 144,27	2	Г) 61	2 rm	2} ПРОМЕТИЙ	'* (147)	г	С 62	2 Sm САМАРИЙ 7 150,43	2	Ей63. 4 ЕВРОПИЙ 7 152,0	2	Gd 64 к ГАДОЛИНИЙ 7 156,9	2
	Р 0 N М L К	ТЬ 65 д ТЕРБИЙ 18 159,2	2	Dy 66 J ДИСПРОЗИЙ’8 162,46	2	II	67	2 Но ГОЛЬМИЙ 7 163,5	2	68	2 Ег ЭРБИИ 7 167,2	2	Ти 69 J ТУЛИЙ 7 169,4	г	УЬ70 ’ ИТТЕРБИЙ ’J 173,04	2	Lu ”. ! ЛУТЕЦИИ в 174,99	2
АКТИНОИДЫ		Th •! ТОРИИ ,8 232,12	®	П 91	8 Ра ПРОТАКТИНИЙ 18 231 -	®	U 92 з? 32 УРАН 18 238,07	|	К I 9^	8 Np и НЕПТУН 237	2	^94	? Ри » ПЛУТОН 18 239	г	Am95 d АМЕРИЦИЙ 18 241	2	Ст6. i КЮРИИ 7 244	7
		Г»	97	я В к & - 32 БЕРКЛИИ IS 243	1	С f 98 л -32 КАЛИФОРНИИ 8 244	?	А 99 Ап АФИНИЙ	ct,0° ЦЕНТУРИЙ	101	102	103 ЭКА-ЛУТЕЦИЙ
СХЕМАТИЧНЫЙ ПЛАН
ЭЛЕКТРОННЫХ ОБОЛОЧЕК
АТОМА