Rомм:уиистом
стать
можно
.�
�
ишь тогда, когда о6оrатишь
свою память зна11ием всех тех
боrатств, которые выра6ота .�
�
о
че.�
�
овечество.
В. И• .JIEHИH

N
S
t:
::
:�
ет�ваа � :т'1Р�:Е�ОЕ л:Р�:Т�
пцив�опе�иа
/'�
1/ / J 2Н2+о2=2Н20
,'� //
'С(-//

ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИЯ
Е. И. Афанасенко, Д. Д. Благой,' Б. А. Вор01
1
цов-Вельями­
нов, П. А . Генкель, Ф. В . Герасин, Н. К. Гончаров,
Б. А. Дехтерев, Г. Н . Джибладзе, А. В . Ефимов, К. А. Ива­
нович, И. А. Каиров, Л. А . Кассиль, М. П. Ким, Н. П . Ку­
зин, А. Н . Леонтьев, А. Р . Лурия, А. А . Маркосян,
А. И. Маркушевич (Главный редактор), В. А. Мезенцев,
С. В . Михалков, М. В . Нечкина, С. В. Образцов, Б. П . Орлов,
И. В. Петрянов, С. Д. Сказкин, Ф. Д. Сказкин, А. А . Смирнов,
А. И . Соловьев, И. М. Терехов, Л. И. Тимофеев, С. Л. Тих­
винский, Т. С. Хачатуров, Ю. В. Ходаков, Е. М . Чехарин,
К. И. Чуковский, Б. Н . Шацкая,
Д. И . Щербаков,
Д. А. Эпштейн, А. Н. Яковлев.
Научный редактор 3-го тома
И. В . Петрянов.
Заместители Главного редактора
Б. Л . Бараш, И. В . Латышев.

Cf))��JP�ltAll 111�
Без физию� 11 хим1111 вам не обойтись - Н. Н . Се-
м епов
ДDltШeJIИC И _,llСJ)ГИЯ
Основы мехапшш наших дней - А . П.Ми ц­
кевич ...
Равномерное движение
Не равномерное движение
Занопы природы и системы отсчета
Сила
.....
.
.
Колебания
От механики классической к механике реля­
тивистской . .
.
.
.
.
.
«IЗОЛЧОJ»> . . .
•
•
•
•
•
.
Полет в носмосс - И. А
.
Минасян
Формула Циолковсного
От огненных стрел до баллистических ракет
ИсслсдоватеJ1ьские ранеты - орудие науки
Первенцы космоса . .
...
.
.
.
•
•
Запуск спутнинов в США .. .
.
•
•
••
Автоматические межпланетные станции
1{ 13спере и Марсу . .
..
..
....
Оборудование носмичесних лабораторий
Накосмодроме.....
..
...
.
Устройство корабля «13остою> .
.
•
.
.
Многоместный носмичесний корабль «Восход»
За бортом космического корабля
Не весомость
l\lпнроюшмат .
Радиосвязь
14
23
23
25
27
28
31
32
34
35
35
37
41
42
43
44
46
50
51
53
54
55
58
60
60
Спуск с орбиты
Проблемы будуще1·0
..
.....
...
1\рылатый полет- Г
.
13.Александров
Аппараты легче воздуха .
..
..
.
.
Почему летает са�юлет
.
.
.
.
.
.
.
«Звуковой барьер» н «тепловой барьер» .
Законы аэродинаминн 11 обтенание нрыла
1\ан проверяют реаультаты расчетов
Авиационные двигатели
Нан выбирают размеры самоJ1ета
Как управляют самолетом ..
Устойчиность самолета
Прочность и безопасность .
Крылатые ранеты
Путн дальнейшего раанитин авиации
Человен понорнет океан- С. З.У ш а н о в
Тайна острона Пасхи
Кан жид1,ости нстречают «гостей»
Давлепие жидкости
Как обойтись без высшей математики
Архимед и егu отнрытие .
Плавание - это равнQ.Весие .
.
Плавание по д водой
Плавание на поверхности воды
Упрямоеполено.....
.
.
' Центр давления «путешествует»
Метацентр . .
.. .....
.
Водоизмещение
.
.
..
..
.
Корабельный академик Крылов
Атомный ледокол «Ленин»
]{ан движется норабль? .. • •
61
63
64
64
66
67
68
71
72
74
7.1
7()
7μ,
78
79
8()
80
81
81
83
84
84
85
87
88
88
88
89
89
90
90

Звук -- А
.
А.Нороб.ко-Стефанов
Зuу1;ован волна . . .
.
.
.
.
•
•
na1; н америли с.корость зву.ка . . .
.
•
Рас11ространение и о тра;кр н п е зву.ка
Энергия звуковой во.111ы п спла звука
Энергнн человеческого голоса
Наше ухо .
.
.
.
.
...
.
Загад1;а нашего слуха . . . .
Еще Gолее удпв11те:1ы1ая загадка ..
Cilyx и логарифмы
Гро�11;ос1ъ :звука 11 его т он
Оп;уда 11ршп ел звук? .
Эффект Доплера
У;щ рнан во:1на ...
РРзонаторы
Ыуаыка:1ьпые звуки
Муаы1;аJ1ы1ые со з ву чи я
Обо:шаченне му :1 ы1;ал ьных звуков
Передача зву1;ов на расстояние и запись зву-
ков ........ ..
Неслыш1в1ые «зву1ш»
И:з.1учатс;ш у:1ьтразвука
Звук на слу;+;бе у человека
lleщpcтuo в звуковом поле .
l\ав11тац11н
У;1�.тразвун па ст р оiiк е
У:1ьтразвук peri;eт метал:�
�1:1 �.тразвук JJ меднцпне
На подстунах
к
абсо;1ютному
нулю -
Ы. 11. l\!а лков, 11. 13. Данп.1
1
ов
Чтотакоехолод?.. .....
Гe.1 11 ii 11ревращает с я в ;+;1цкость
l\11а11товые с в оiiст в а вещестJJ
CBPJJXll]JOllOДIШOCТJ,
•
•
•
Сщ•рхтекучесть . . . . .
11 ш11111зшая т еш 1 рратура
92
93
94
95
96
97
97
98
98'
98
99
99
99
100
100
101
102
104
104
108
109
110
111
112
113
113
114
114
114
115
116
11(j
119
120
Сто миллионов градусов-Г.IJ.Апфплов
Пнтьсот тысяч атмосфер - Д. С. Ц 11 1\ лис
Что такое давление? . . .
Наков предел давления? .
Как создают давление? .
.
.
Ка�юе даuление может uыд!'рr�швать сам аппа-
рат? ......... ... .
Полиморфные переходы . .
.
.
.
.
Давление и химические реакции
Что нужно знать, чтобы построить химический
завод? .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Давление и живые организмы
Пластичный мрамор .
..
.
.
Наука о высоких давле1111нх
Наука, необходимая всем (Термодинамика) -
И. Р. Н:ричевский, И. В. Петряно в
Что такое термодин ами ка . .
.
.
Ос новные п онят ия термодинами ки
Закон термичес.кого равновесия
Первый закон термодинамики
Второй закон термодина ми ки
Энтроп ия
... ..
.
.
.
Зачем нужно поннтие юнтропин»
Третий :ш.кон термодинамики . .
Свет-В. И.Н:узнецов
Что мы понимаем под словом «СВРТ»
Светоu ые лучи
Саман большая скорость
Откуда берется цвет?
Открытие Максвелла . .
Во.1
1
шебный прибор
Устройство спектро скова .
Как спектроскоп о бна руж и u ает химическ11ii
элемент
Солнечная загад.ка
Абсо.'1ютно черное тeJio
120
127
127
128
128
12()
131
13:�
134
134
135
135
135
13(;
137
15U
150
154
160
1fi2
1(;6
168
168
168
170
171
171
172
172
173
174
174

Rак измерили температуру Солнца
175
Ультрафиолетовая катастрофэ
176
Давлениесвета.........
177
В глуб�. атома
.
.
.
.
.
.
178
Мог ли сжеч�. корабли Архимед? . .
179
Лазер............
.
.
180
Поющие электроны
.
.
.
.
.
183
Как измерили длину световой волны
185
Свет огибает пре11меты .
186
Звезда-гигант
187
Дифракционная решетка .
189
Эффект ДопЛРра
1f!9
Вестн из межзвездного пространства
190
Кванты и электроны .
.
.
.
.
191
Невидимое становится видимым
192
Главный оптический прибор
193
Оптическо е вооружение глаза
194
Электронныii м11крос1юп
195
Телес1юп .
.
.
.
.
.
.
196
Цветная фотограф11я
196
Рош. оптики в развитии физики
197
Электромагнитное поле - А. А. 1\ о р о б к о-
стефа11ов
197
Магнетизм . . . .
197
Электричеетво
201
Электромагнетизм
204
Магнитноеполе......
206
Электрнчеекое поле .
.
.
.
209
Законы э.1р1\тромагн11тного полн
210
Электрон11ка . . . .
.
.
.
214
Кванты �щектромагнптного поля
217
Радио-И.А.J\I11насян
219
Вел11к11й помощшш человека
219
Перван радиограмма
220
Эле1\тромаг11итные во лны
221
Как распроетраннютен радиоволны
222
Схема радиосвнзи . . . . .
224
Как настраиваютен па волну .
224
Антенна и приемник
227
Как усилит�. электрические колебапин
227
Средство усиленин - радиола мпы
227
Чтодалавтораяеетка .. .. .
231
Применение диода в радиотехнике
232
Передача 11 прием радиопрограммы
233
Современные радиолампы
234
Вместо радиолампы - кристалл
237
Электронныii луч .
.
.
.
.
.
.
.
237
Квантово-механические радиоустройетва
2:)9
Разговор с планетами по радио - J\I . 1
\
1.Анда-
рало....
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
242
Для чего был нужен «разговор» с rшапстамп? 242
Планетный радиолокатор . .
243
«Голое>> и «слух» локатора
24�
«Разговору» мешает Вселенная!
244
Результаты, полученные при «разговорах»
с планетами . . .
246
Полупроводники - Г. Б. А пф 11 ,1 о в
246
Проводники и п:юляторы
246
Электроны в полупроводшше
247
«Дырки»
.
.
.
.
.
.
.
.
248
Изготовле ние полуi1ровод111шов
249
Термисторы . . . .
.
.
.
2:-iO
Машины чувствуют еВ!с'Т
2;)1
' Нагреватели и светильники
2:i2
Запирающий CJIOЙ
2;)2
13ыпрнМИТ('Л11
2;):З
:Кристаллы 11 лампы
2;)4
ПолупроР.одшшовый триод
2:-i-1
Прочност1" мин11атюр ноет1,
2;).'i
Перевор(» в радиотехн1ше
2:-16

Электро:шергнн нз тепла . . . . .
257
Применепие термоэлектроп•нераторов
257
Ноные хо.1одш1ы1111ш . . . .
258
Нагрев вместе с охлаждспиеы
258
I3ентш1ы1ыii фотоэлемент
259
Светработает . . . . .
259
К солнечной энергетике
260
Полупроводники и жпзш,
260
Как 11 ••�• чего •�сщсство поСТf)Оено
:Эле�1ептарпые частпцы - Д. А . Фран к - К а-
мепецкий.....
262
1\Iолекулы и атомы
262
Внутриатомные частицы
263
Космические лучп
2б3
Ускорители
264
Преnращенин элементарных частиц
265
Множественное рождение частиц
266
Частнцы и JJOJIIIЫ . .
.
.
.
•
.
.
.
267
Испускание спета 11 рождение частиц
268
Тяжелые, средш1е 11 легкпе частицы
268
Частицы-волчки........
268
Частицы 11 антпчастнцы
269
«Отшельш1ю1» 11 «общестненш1ю1»
270
Неуловимая частпца . . . . . .
271
Квантование полей и ни-мезоны
272
Рождение, ;ю1з11ь н смерть химических элемен-
тов-Д.11.Трпфонон.
273
Урановые лучн
274
Полшага до открытия
274
Трн впда Jiyчeii
275
l\leтaлJI =газ + гаа . .
275
Упорндоче1шыii хаос
276
Элементы нер1ш•шые и вторпчиые
278
Что такое радпоактпвность?
279
«Н ют<у атщ1!». .
279
Азот нревращается в ю1сJ10род
280
Неiiтрон 11 новая модель атома
282
Цепь нел11ю1х открытнй
282
Искусстnенпые эJ1ементы
284
Земная жпэнь искусственных элементов
284
Как обънсняетсл радпоактпnпость соnремен-
нойнаукой?..............
.
285
Управлнемый радпоактпвный распад
287
С1<олько впдов радиоактивных превращений
существует?
288
Гамма-лучи
288
Коротко о пуююнах
290
:Маленькая 1штер)1едия
2!Ю
Почему светят знезды?
291
«Весь мпр за пятнадцать мппут»
292
Ключ дает технецпii
293
От гелия до JJJIC)Iyтa
293
Роi!;дение и гпбеJIЬ сверхновых звезд
294
Атош1ыйреактор-А.П.Сенче11ков
295
Жп:шь неiiтронов в реакторе
297
Крнтпческан масса реактора
299
Регулировка мощности атомного реактора
299
Запа:цынающпе нейтроны
.
.
.
.
.
299
Преnращенпн э.1е�1ентов в атошюы рt'акторе 300
Деiiстnпе радноактпвных излучений на мате-
риалы ато�шого реактора . . .
301
Переработка атошrого горючего
301
Раз.1пч11ые ато�шые реакторы
301
Ка1' нпднт певндшrое (Приборы ндсрной физи-
ки)-.G.ll.Смагп11 , •
302
Сто.1овыii п рнбор
303
Ту��ан помогает 111цеть
303
Часпща-фотограф
305

Счетчики Черенкова
Пузырьковая камера
Искровые счетчики . .
Вештий закон - И. 13. Петря нов
Открытие Пеликоrо закона . .
Как был от1<рыт периодический закон
Та йна пустого места
Великое предсказание
Как оправдались предсказания Менделеева
Велиное испытание периодического закона
Kai< радиоактивные элементы нашлп свои ме-
ста в таблице Менделеева ..
В чем основа Великого закона?
Новый смысл и значение атомного веса
Периодическ ий закон - закон строения атома
Атом сам рассказаJ1 о своем устройстве
13 атоме не может быть двух одинаковых элек-
тронов
..
.
.
...
..
.
.
.
.
.
Нак же лсе-та�ш может выглядеть атом?
306
306
307
307
307
309
312
312
314
315
316
319
321
322
322
323
323
Та к на что же похож атом?
325
Закон строении атома
327
Форму.'Iа атома
327
Причпна периодичпостп в своi
:
iствах химических
элементов
..
.
.
.
.
.
.
.
.
327
Строение атома и свойства вещества .
•
328
Строение атома и химия .
.
.
.
.
.
328
Почему водород стоит одновременно в двух
клетках таблицы Менделеева? .
.
.
329
Самая удивителыrая группа таблицы Менде-
леева
Благородные га3ы �югут вступать в хими­
чеоа1е соединения . .
.
.
.
.
.
.
.
С�;о, '11,ко редкоземельных элементов в одной
клетне таблицы Менделеева? . . . .
.
Нак былн нредсказаны свойства элемента No 72
330
330
331
333
Последний период таблицы Менделеева
Элементы, созданные человеном, также подчи-
няются 13еликому занону
Нан были отнрыты трансурановые элементы
Заглянем в будущее
Химия 13селенной
Необычайные атомы - И. В. Петря нов
Позитроний
1\1езо-атомы
Гипер-фрагменты .
Антиатомы .
Упорога неведомого-И. В.Петрянов
На пути к открытию элемента 104 (Рассказ уче­
ных, ведущих иселедование) -Г.Н.Флер о в,
В.И. Н:узнецов
..
Семь еостояний материи - Д. А. Ф р а н к-
1\амепецкий
Порядок и беспорядок
Что же такое стекло?
334
334
338
342
344
353
353
3.54
354
355
35.')
357
362
3()2
364
Плазма - четвертое состояние вещества
365
Нейтронное состояние вещества
368
Антивещеетво и эпиплазма
369
Физический вакуум - седьмое состояние ма-
терии
369
Твердоетело и егозагадки- Б. Ф.Ормонт 370
Il1•евраще11ин вещества
)}имичесюrйанализ-Л.Г.13ласов
Все цвета радуги ..
Свет и цвет
Паспорт химического соединения
Весовой анализ
..
....
Радиоактивность и химический анализ
Можно ли анализировать паотопы . . .
378
379
380
381
381
382
383

Есть ли предел анализу •
.
.
•
.
.
.
•
•
.
Удивительная судьба одного простого открытия
(хроматография) - И. В . Петр я нов,
1\.И.r.акодынский....... .
Что же открыл профессор Цвет? . . . . .. .
Что происходит в хроматографической колонне?
А если вещество бесцветно?
Чем пахнет земляника
Колонна длиной... в полкилометра
Хроматография на листе бумаги
Хроматография и биохимия
То нкослойная хроматография
Ионообменная хроматография
Хроматоrрафия и периодический закон
Химия одного-единственного атома
Хроматография сегодня .
...и завтра.. . ....
Химическая реа1щия - Д. Н . Триф оно в
Большая задача ·электрохимии (топливные эле­
менты)-А.Н.Фрумкин, В.С.Ба-
гоцкий
.... .
.
Почему невыгодна тепловая машина
Электрохимия 11 учение об электричестве
Электрохимия в современной науке и технике
Энергетика большая и м а лая
Топливные элементы
Водо родпо-кислородный элемент
Высокотемпературные топливные
элементы
То пливные э.1ементы дают ток
Замечательные явления на границе между те­
лами-11. А. Реб11ндер
Молекулы-пограничники
Поверхностная энергия
Капли на поверхности. Смачивание. Форма
жидких тел
383
385
385
386
387
387
388
388
389
390
390
391
392
394
395
396
405
405
406
407
407
408
409
410
411
412
412
413
413
Адсорбция
•
414
Как построены молекулы поверхностно-актив-
ных веществ
415
Почему мыла моют
417
Пены полезные и вредные
419
От ироизводства полимеров до книгопечатания 419
Путь к прочности - через разрушение
421
Неметаллы-В.Л.Василевский
425
Что такое неметаллы
426
От чего зависит активность неметалла . .
426
Почему неметаллы проявляют положительную
и отрицательную валентность
427
Семь+семь=восемь и восемь
427
Правило электронных пар
428
Агрегатное состояние веществ
429
Место неметаллов в природе
429
Кислородные соединения неметаллов
431
Водородные соединения неметаллов
432
Парадоксы в сем1,е неметаллов
434
Свободные неметаллы в природе
434
Химия жизни - это химиf! неметаллов
438
МетаJшы-Ю.В.Ходаков, В.Л.Васи-
левский
4�
Что такое металлы
439
Когда металлы похожи друг на друга
440
От чего зависит активность металла .
.
441
Как применение металлов CBЯ3aIIO с их свойст-
вами
442
Свойетва сплавов и их состав . .
442
Чем чугуны отличаются от сталей
413
Какие бывают чугуны
444
Как закаJ1яется 11 отпускается сталь
445
Легированные стали . .
.
445
В технику приходят новые металлы .
.
446
От алюминия к титапУ, .
.
•
.
447

Старость и молодость металлов
Кто с.1едующий? .
.
.
..
.
Что такое «редкие» металлы ..
Э.1е}1ент полупроводниковой техшши
Редкие зем.тш - Д. Н. Тр ифоно в
Оргаппчесюrе вещества вокруг нас - М . И . К а­
бачник
Ско,1ько их? .
.
..
.
Почему их так много? .
Органически�. вещества в живой природе
Человек и органические вещества
Создание теории строения органических ве-
ществ ..
..............
Краски всех цветов и оттенков .
..
.
.
Органические красители для фотографии и
кино
Jl екарствепные вещества
.
.
.
.
.
Лес - источ1шк органических веществ
«Черное золото» - нефть .
Органические
вещества
в
сельском
хозяйстве
Как
хим1ш
строит
нужную молекулу -
Б.А.Казанский
Полимеры-К.А.Гладков
Для чего нужны полимеры . .
.
Родословная больших моJ1екул . . .
Первые искусственные пластмассы .
Как получаются молекулы-гиганты
«Швейная фабрика» гигантских молекул
Поликонденсация
Полюrеризация
Сенрет прочности
Сте1>.10, кожа или резина? .
У истоков 11е11а полиыеров •
И в огне не горит
•
-
448
448
449
450
451
454
454
455
457
458
460
461
462
463
464
464
467
468
473
473
474
475
476
479
479
481
482
482
484
485
Полимеры будущего - В. А. R арг 11 н
Полимеры - строите:1ь11ыii материал
Полимеры в ЖИЗIШ JIЮдей ..
Полимеры в медицине и биологии ..
Химия жизнииздорою.я -Ю.В.Ходаков
Особенности действия веществ на живой орга-
низм
Моленулы против микробов .
От нрасок к лекарствам
Усыпляющие лекарства
Жизненные катализаторы
На пути к искусственн ому созданию жизни
Химия и наследственность
Медицина на молекулярном уровне
Химия на службе воiiны 11 мира
Химияпищи-Л.А.Цветков
Беседа о самом необыкновенном в мире вещест­
ве-И.В.Петрянов, Е.А.Нковлева
Что такое вода?
Свойства воды
С111ны1оч11ыn от,:�;е"11
Всему миру - одну меру (система сд1шиц изме-
'
рения)-В.И.Козлов
..
Разберемся в размерах - Г. И. Г у рев и ч
Биография химичесКIIх элементов - Д . Н . Тр и­
фонов ..
•
Важнейшие открытия в области фиапки и химии
Чточитатьиофиз1ше11х11шш-Б.В.Ляпу-
нов
•
Словарь-указатель - В. А. R он н о в ..
8
487
487
488
491
492
493
493
495
496
497
498
501
503
504
505
511
511
515
524
532
536
543
548
556

ФОТОГРАФИИ И ТАБ.JIИЦЫ НА ОТДЕ.JIЬНЫХ .JIИCTAX
ИсаакНьютон(портрет)•.•••••
•
32-33
Н а об о р от е: Альберт Эйнштейн (фо­
тография)
Автоматичес кая кос мичес кая станция около
одной из планет (художник Р. Ж. Авотин) 40-41
На обороте:Мягкаяпосадкакосмиче-
с1юй ракеты (художник Р. Ж. Авотин)
«Луна-9» на Океане бурь, 4 страницы . . .
48-49
Аэродинамичес кая труба (художник Л. С.
Вендров ) .
.
•
•
.
.
•
.
.
.
••
.
.
.
.
•
64-65
Н а об о р от е: Типы са111олетных двига-
телей (художник Л. С. Вендров)
Фигуры выс шего пилотажа (художник Л. С .
Вендров ). .
.
.
.
•
.
.
.
.
.
.
.
•
•
•
•
72-73
Н а об о р от е: Гиперзвуковые самолеты
будущего (художник Л. С. Вендров)
Диаграмма слышимости звуков (художник
Л. С. Вендров) .
.
.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
112-113
Н а об о роте: Ус тройство аппарата
для ожижения гелия (художник В. А . По-
пов)
Температурная шкала явлений в природе
(художник В. А . Попов) .
.
.
•
•
•
•
120-121
На обороте: Способы получения го-
рячей плазмы (художник В. А . Попов)
Спектр видимых
лучей света (художник
В.А.Малышев)••••••
.
.
.
.
.
176-177
На
об о р от е: Физичес кие свойства
световых лучей (художник В. А. Малышев)
Схема цветного фотографирования (худож-
никВ.А.Малышев).....
•
.
•
•
.
192-193
Н а об о р от е: Спектр электромагнит-
ных волн и спектр радиоволн (художник
С. Н . Волков)
Обозначения радиодеталей в схемах (худож-
ник В. А. Малышев) .......•• 232-233
На обороте: Микродетали и схема
супергетеродинного
приемника (худож-
ник В. А. Малышев)
Следы элементарных частиц, зафинс ирован-
ные в различных приборах (фотографии) 272-273
Радиоактивные семейства урана-238 и ура-
на-235 (художник С. Н. Волков) •
.
.
•
28 8-289 ·
Н а об о р от е: Радиоактивные семейст-
ва тория-232 и нептуния-237 (художник
С. Н . Волков)
Михаил Вас ильевич Ломонос ов (портрет,
художник Р. Ж. Авотин) .
.
•
•
.
•
312-313
На об о роте: Дмитрий Иванович Мен-
делеев (фотография)
Периодичес кая таблица элементов Менде-
леева (художник В. А . Попов)
336- 337
Н а об о р от е: Начало периодичес кой
12
таблицы ат омных ядер. Ат омная распро­
страненность элементов в метеоритах и на
Солнце. Периодичес ний закон химии зем­
ной коры (художник В. А. Попов)
, Завис имость места, занимаемого элементом
в периодичес койтаблице, от чис л
·
а элект-
ронов в ат оме (художник В. А. Попов) 348-349
Н а об о р от е: Ядерные реакции на Солн-
це (художник В. А. Попов)
В лаборатории, где от крывают элемент
104(фотоА.П.Лидова)•••.•.•360-361
К статье «Твердое тело и его загад1ш» (ху-
дожник Л. С . Вендров) .
•
.
.
.
.
.
•
376-377
На
об о р от е: Химичес кая реакция
(художник Ю. А . Макаренко)
Различные виды хроматографии (художник
Ю. А. Макаренко) .
.
.
•
•
.
.
.
.
.
392-393
На об о роте: Хроматограммы неко-
торых веществ (художник Г. В . Северден­
ко)
Электрохимичес кие источнюш тона и топ­
ливный элемент (художник Ю. А. Мака-
ренко)................412-413
Н а об о р от е: Действие антивного сма-
чивателя и схе.ма флотационной машины
(художник Л. С . Вендров)
Рас пределение неметаллов в об олочках Зем-
ли (художн1tк К. В . Кудряшов) . . .
•
432-433
На обороте: Роль порфина в природе
(художник К. В. Кудряшов)
Ис пользование металлов в различные эпохи
(художник К. В . Кудряшов) .
.
.
•
•
448-449
На
об о р от е: Технологичес ние свой-
ства алю миния (художник К. В. Кудряшов)
Сергей Вас ильевич Лебедев (фотография) 472-473
На обороте: ИгорьВасильевич I\ур-
чатов (фотография)
Процес сы пошшонденс ации и полимериза-
ции (художник Ю. А . Макаренко) . . . 480-481
На
об о р от е: Ст руктура полимеров
(художник Ю. А. Макаренко)
Получение фторопласта (художник Ю. А. Ма-
каренко) .
•
•
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
488-489
Н а об о роте: Недалекое будущее по-
лимеров (художник Ю. В . Случевский)
Структуры неноторых органичес ких веществ
(художник Ю. А . Макаренко)
496-497
На обороте: Структуры лекарствен-
ных вещее.тв (художник Г. Е . Валетов)
Капля воды, упавшая в воду (фотография
И. В . Петрянова) .
.
.
.
..
512- 5 13
На об о рот е: Так льетс я вода (фотогра-
. d'шя В. И . Коа.л,ова)

НАЗЫВАЯ ФИЗИКУ МЕХАНИКОЙ МОЛЕКУЛ, ХИ­
МИЮ - ФИЗИКОЙ АТОМОВ И ДАЛЕЕ БИОЛО­
ГИЮ - ХИМИЕЙ БЕЛКОВ, Я ЖЕЛАЮ ЭТИМ ВЫ­
РАЗИТt> ПЕРЕХОД ОДНОЙ ИЗ ЭТИХ НАУК В
ДРУГУЮ.
Ф. ЭНГЕЛЬС
ЭЛЕКТРОН ТАК ЖЕ НЕИСЧЕРПАЕМ, КАК И
АТОМ, ПРИРОДА БЕСКОНЕЧНА, НО ОНА БЕСКО­
НЕЧНО СУЩЕСТВУЕТ, И ВОТ ЭТО-ТО ЕДИНСТ­
ВЕННО КАТЕГОРИЧЕСКОЕ, ЕДИНСТВЕННО БЕЗУ­
СЛОВНОЕ ПРИЗНАНИЕ ЕЕ СУЩЕСТВОВАНИЯ
ВНЕ СОЗНАНИЯ И ОЩУЩЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА И ОТ­
ЛИЧАЕТ ДИАЛЕКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛИЗМ ОТ
РЕЛЯТИВИСТСКОГО АГНОСТИЦИЗМА И ИДЕА­
ЛИЗМА.
В. И. ЛЕНИВ
13

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ НЕ ОБОЙТИСЬ
Здравствуйте, люди будущего!
Действительно, иначе вас не назовешь. Вы и есть люди будущего - сегодняш­
ние школьншш, студенты 70-х годов, специалисты 80-х, доктора и академики
XXI в. Вам предстоит пользоваться всеми открытиями нашего поноления уче­
ных, предстоит завершить все, что мы задумали, затеяли и не довели до конца.
Именно вам вручим мы перечень наших надежд, планы наших открытий. Вы будете
исполнителями и одновременно редакторами: кое-что вычеркнете иак устаревшее,
ненужное, ошибочное; остальное (главное!) осуществите. Едва ли можно предуга­
дать, что именно вы отнроете. Но и чему вы должны стремиться, иание задачи вы­
полнять - это можно ·сказать и нужно.
Главная задача общеизвестна: сделать счастливыми человечество и самих себя,
дать максимальное иоличество благ маисимальному числу людей, праитичесии -
всем. Это и означает осуществить принцип коммунизма «иаждому-по потребно­
стям, от иаждоrо-по способностям». Надо будет удовлетворить все материальные и
все духовные потребности иаждого человеиа.
Начнем разговор с материальных потребностей, прежде всего с первейшей -
с пищп. На земном шаре сейчас далеио не все сытно едят; есть страны, ноторые не­
редко посещает голод, там часто и взрослые и дети умирают из-за недостатка пищи.
Идеологи старого мира говорят, что тут ничего не поделаешь: планета, дескать, тес­
на, земли на всех не хватает. Так ли это? Цифры показывают, что в технически
развитых странах, находящихся отнюдь не в самых лучших природных условиях,
с наждого гектара снимают урожай в 4-5 раз выше, чем в слаборазвитых стра­
нах. Следовательно, дело не в количестве земли, а в техническом развитии.
Том, который вы держите в руках, посвящен физине и химии.
Здесь химия предстанет перед вами нак наука высоких урожаев,
наука изобилия на столе. Химия-это удобрения: азот, фосфор, ка ­
лий, микроэлементы". Химия - это охрана полей: инсектициды и
фунгициды - яды против вредных животных; это гербициды -
яды для сорншюв, вредителей растительного происхождения. Хи­
мия - это чудесные вещества, управляющие ростом и развитием
растений, ускоряющие созревание и уве.11ичивающие рост плодов.
Есть еще химия почвы - агрохимия, наука о создании наилучших условий для
питания растений, для использования минеральных веществ, содержащихся в почве
или добавленных в нее.
Для высоких урожаев чрезвычайно важна и селекция, т. е. создание новых,
улучшенных сортов, более продуктивных (лучше усваивающих углекислый газ, во­
ду, фосфор, иалий, азот, полнее и быстрее превращающих их в белки, углеводы и
другие пищевые вещества), засухоустойчивых, болезнJустойчивых, лучше поддаю­
щихся механизированной обработке и уборке и т. п .
Чем больше типов растений у селекционера, чем больше разнообразие форм, тем
легче найти нужные сорта. Недавно выяснилось, что некоторые сильнодействующие
химичесиие в ещества вызывают в семенах существенные наследственные изменения,
при этом в озникают новые наследственные линии с совершенно новыми свой ствами,

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ НЕ ОБОИТИСЪ
дающие богатый выбор для селекционера. Так что и в эту, чисто биологическую,
казалось бы , работу химия вносит свой вклад.
И если бы сегодня во всем мире люди сумели применить уже существующие пере­
довые методы селекции, механизации и химизации, можно было бы увеличить миро­
вой урожай по крайней мере раз в пять, даже не прибавляя ни одного гектара к су­
ществующим посевным площадям.
Но и это не предел. Теория позволяет уже сейчас предвидеть возможность даль­
нейшего увеличения урожайности. Все вы знаете, конечно, что растение синтези­
рует пищу для людей и корма для животных из углекислого газа и воды с помощью
энергии солнечных лучей. Но, оказывается, растение не так уж идеально использу­
ет эту энергию. Растет оно не круглый год, так что зимой, поздней осенью и ран­
ней весной солнечный свет пропадает зря. И в начале роста, когда листочки еще
маленькие и редкие, большая часть лучей, минуя растения, бесполезно нагревает
почву. Но даже и те лучи, которые попадают на листья, утилизируются не полно­
стью. Инфракрасные лучи для фотос интез а не пригодны. Отражается и часть ви­
димых лучей, а часть проходит сквозь листья. Кроме того, значительная доля
света тратится на испарение воды; таким способом растение предохраняет себя от
жары и перегре вания. В итоге раст ение использует только 0,5-1 % падающего
света на построение тканей.
Так что и тут таятся громадные резервы. Но вам надо будет немало порабо-.
тать, чтобы сделать растения бережливее: заставить их повысить свой I{.п.д. Извест­
но, что микроскопическая водоросль хлорелла в мелких водоемах использует на
'
построение органического вещества не 1, а 10-12% падающего света. И. · ес­
ли вы добьетесь такой же производительности у растений суши, то превзойдете раа
в деся'Fь урожайность передовых стран, а среднюю мировую урожайность раз в
пятьдесят, сумеете прокормить на существующих посевных площадях не три мил­
лиарда, а миллиардов сто пятьдесят людей, правда, на сегодняшем, т. е . неваж­
ном, уровне питания.
А быть может, вам удастся решить и совсем трудную задачу, почти фантасти­
ческую: так изменить природу растения, чтобы оно использовало энергию и ин­
фракрасных лучей, сейчас пропадающих втуне.
Помимо физиологических, есть еще резервы географические. В настоящее время
на земном шаре обрабатывается примерно 10% суши, всего лишь десятая часть! Но
посевную площадь можно увеличить по крайней мере втрое, главным образом за
счет влажных тропических лесов и сухих субтропических пуст'ынь, полупустынь,
степей. Джунгли требуют осушения, сухие степи - орошения. Тут нужны будут
и каналы, и трубы, подводящие воду, и энергия - много дешевой энергии для
машин, насосов, для поливки, строительства. И потребуются химические пленки,
покрывающие и подстилающие, экономящие влагу, предохраняющие ее от испаре­
ния вверх и от просачивания вглубь. Нужно будет, кроме того, решить проблему
опреснения соленой воды: опреснять ли ее физическим методом -
кипятить с помощью атомной энергии, или опреснять химически -
оса;1.;дать соли ионообменными смолами?
Физика и химия в равной степени важны для решения всех
этих задач. Орошение - это энергетика и гидравлика. Теплотех­
ника и оптика создадут благоприятный режим растению. Длн ме­
ханизации нужны механика, теплотехника, электричество. В об­
щем, без химии и физики вам не обойтись, шагу не ступить!
Мы не упоминали еще о необъятных возможностях океана. Океа­
ны в три раза обширнее суши, кроме того, они гораздо производительнее. Ведь водно­
му растению не надо тратить энергию на испарение, предохраняя себя от высыхания;
к. п . д . у него получается выше. Сейчас люди слабо используют океан. В нем выла­
вливают лишь незначительную часть рыбных богатств. Агротехника океана - дело бу­
дущего. Вы сами будете решать, как разводить рыбу, как вылавливать планктон и
перерабатывать его, как возделывать подводные пашни, засеивать их и убирать,

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ НЕ ОБОИТИСЬ
18
как пасти подводные стада. Но без физики и химии не обойтись вам и на
дне морском.
До сих пор речь шла о растительной пище. Чтобы сделать ее вкуснее и пита­
тельнее, вы будете использовать животных. Ведь коровы, свиньи, гуси, куры­
все это маленькие заводики, превращающие зеленый корм, зерно шш отбросы в
мясо, жиры, молоко, яйца. Здесь есть свой расчет и свой к. п. д. Но у растений мы
сравниваем поглощенную энергию и калорийность продуктов, а у животных - вес
корма и привес тела. Так вот, и тут для повышения к.п .д . тоже важна химия.
Чтобы усвоить пищу как следует, животное должно быть здоровым. И выгодным
оказалось добавлять в рацион и коровам и цыплятам витамины и антибиотики. Кро­
ме того, важны и химические добавки к пище. Белки животных тканей состоят из
аминокислот. Недавно выяснилось, что аминокислоты не равноценны. Среди них есть
и такие, которые организм животного сам для себя приготовить никак не может.
Это - так называемые незаменимые аминокислоты. В к ормах их мало, но организ м
животного использует их полностью. Все же остальные аминокислоты усваиваются
только в строго опредо;�енной пропорции к незаменимым. Если каких-либо не
незаменимых аминоки�лот не хватит, организм животного все же может .создать
их для себя из других не незаменимых кислот, а излишние ами­
нокислоты будут из организма выброшены. Так, при постройке
дома ведущий материал - кирпич, а известка, цемент, штукатур­
ка,. краска расходуются в зависимости от того, сколько пошло
tшрпича. Но если незаменимую аминокислоту изготовить химически
(химически!) и добавить ее в корм, тогда и излишки прочих амино­
кислот тоже пойдут в дело- на построение тканей. Животное будет
усваивать больше аминокислот, расти быстрее, к.п .д. его повысится.
Некоторые увлекающиеся ученые предполагают, что и вообще вся пища буду­
щего будет химической. Быть может, химическая пища не всем придется по вкусу.
Выше много говорилось о несовершенстве растений, но они несовершенны как
аккумуляторы энергии. Зато как повара растения на высоте, они изготовлнют из
углекис.'lого газа именно ту пищу, к которой мы привыкли. И тут техника ока­
залась бы в положении догоняющего подражателя, стремящегося и никогда не
приближающегося к идеалу, дающего только суррогаты. Так что пускай нас
кормит биология, а химия только подкармливает.
Итак, на суше и в океане с непременной помощью химии и физики вы получите
вкусную и обильную пищу для сотен миллиардов людей. Но ведь человеку нужна не
только еда. Нужны еще одежда, жилье, общественные и промышленные здания,
орудия труда, машины, аппараты, технические и ·бытовые приборы, оборудование
для транспорта и связи". Из какого материала вы будете все это изготовлять?
Вообще материал-наиболее неподатливая, наиболее косная, я бы сказал, часть
производства. Недаром историки обозначают эпохи по главному материалу: век
каменный, век бронзовый, железный век. С этой точки зрения ваш век будет веком
химическим, эрой синтетических и химически переработанных материалов.
Одежда будущего - в основном химическая. Синтетическая кожа, синтетиче­
ский мех, синтетические волокна - прочные, гибкие, непроницаемые, водооттал­
кивающие, ткани пористые, ткани несгораемые, даже нетканые «ткани», которые
надо не сшивать, а склеивать.
Металл не уйдет из вашей жиз ни, но он изменит свои свойства. Теоретически
уже доказано, что современные металлические изделпл могли бы быть раз в десять
прочнее. 'Уменьшают их прочность сверхмикроскопические неоднородности - ни­
чтожные трещинки, сдвиги, неправильности, вакансии (пустоты, не заня­
тые атомами). В лабораториях уже удалось получить тонкие нити - они назы­
ваются «усами» - однородного металла, он действительно раз в десять прочнее

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ ПЕ ОБОИТИСБ
стали. Но от этих «усов» д о монолитных брусков, д о массового
производства еще очень далекий путь. Вам предстоит пройти его ,
чтобы строить ажурные станки с осями-спицами , легчайшие авто­
машины и самолеты , переносные дома и кружевные мосты , почти
прозрачные на вид.
У керамики и стекла прочность еще дальше от теоретической,
чем у металла . Но недавно удалось повысить прочность стекла во
много десятков раз путем специальной химической обработки его по­
верхности. Придавая стеклу мелкокристаллическое , как у металлов, строение , уда­
лос ь значительно повысить и его жаростойкость.
И огнеупорные материалы понадобятся вам для высокотемпературных пече й,
для электротехники . Кое-что уже найде но: окись магния , окись тория , нитриды ,
бориды , карбиды с температурой плавления от 2500 до 3500°. Вероятно , вы захотите
превзойти эти рекорды.
Для вычислительных машин, для автоматов , для радиосвязи и телевидения ,
а также для превр ащения тепла и световых луче й в электричество вам понадобятся
полупр оводники. Современные германий, кремний , селен не совсем хороши - они
слишком чувствительны к температуре. И здес ь уже есть находки , но вам при­
дется поис кать еще , чтобы ваши машины безотказно работали и в космосе , и в
глубинах Земли , и в огненных печах , и около абсолютного нуля .
Нужны новые материалы и для квантовых ге нер аторов : лазеров и мазеров - этих
чудесных аппаратов , рождающих могучие лучи , режущие , плавящие , испаряющие ,
сверлящие и посыл а ющие сигналы хоть на Луну , хоть на Марс , хоть к далеким
звездам . В нынешних лазерах луч генерируется в кристалле искусственного рубина .
Найдено немало и других веществ для генератор ов: твердых - с неодимом , самарием,
диспрозием; газовых - гелий-неоновых, неон-кислородных , аргоновых , криптоновых,
це зиевых... Как видите , чуть не всю таблицу Менделеева приходится перебирать.
Но вед ь захочется же вам иметь в кармане этакий лучевой нож с батарейкой,
чтобы в любую минуту срезать дерево, снести мешающую скалу или выточить из
кус ка металла нужную детал ьку . Здес ь также встретитес ь вы с неи-збежной проб­
лемой к. п. д . В лазер ах электрическая энергия превращается в свет ; работать «луче­
выми резцамю) будет выгодно при небол ьших потерях. Если вы добьетесь большого
к. п. д. , то сумеете передавать энергию не по проводам , а лучами , скажем , из
Якутии на Луну или на специал ьный отражательн:юй спутник, а оттуда - в Моск­
ву. Видимо , в космическом вакууме такая передача будет возможна; но я не уверен,
получится ли она в воздухе . Для повер хности Земли есть и другая очень заман­
чивая идея - передача с помОJ:μью сверхпроводников. Напоминаю вам, что во мно­
гих металла х и сплавах при температурах, близких к абсолютному нулю , совсем
нет электрического сопротивления , ток идет без потер ь. К сожалению , свойство
это исчезает , когда температура повышается всего лишь на несколько градус ов .
И магнитное поле - а у всякого тока есть магнитное поле - тоже разрушает
свер хпроводимость. Недавно найдены сплавы магнитоустойчивые и даже более или
менее температуроустойчивые . Если бы вам удалось довести температуроустой­
чивость пусть не до комнатной температуры , а хотя бы до температуры жидкого
кислор ода , вы сумели бы передавать мощнейшие токи на лю бое расстояние и
без потер ь по самому тоненькому проводу .
Материалов в природе немало , казалось бы , хватит на все нужды . Но , к с ожа·
лению , они вас удовлетворить не смогут - выбор мал и качеств о не
то . Придется вам создавать новые , и потому все-таки чаще всего
вы будете иметь дело с искусственными , синтетическими мате­
риалами , и в особенности с полимер ами. Полимеры будут у
вас вс.�:пше : волокнистые , монолитные и со спутанными волок­
нами , как у минерала нефрита , полимеры тверже стали и
прозрачнее стекла, огнеупорные, кислотоупорные, немагнитные
и магнитные.
д.э.тз
1.7

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ НЕ ОБОИТИСЬ
1.8
• Говоря о пище , мы все время занимались расчетами: какова площадь паш ен,
да сколько поступ ает лучей, да сколько поглощается , все ли используется . Для
материалов такие проблемы не стоят ; материалы готовятся из атомо в, которые
встречаются повсеместно - в земной коре и в морской воде , а нередко и в воз­
дух е. Однако нужно не только найти их , но еще и выделить, сконцентрироват ь,
перетасовать или соединить, затратив на все это достаточное количество эне ргии.
Проблем а тут в энергии, и вы имеете право задать вопрос: где брать энергию для
всех ваших будущих дел ?
В наше время на Земле энергии добывается явно недостато чно : в среднем 0,1 квт на
одного жителя п.н:анеты. Десятая эта доля никак не может избавить людей от са­
мого грубого физического труда : от пахоты на волах , от копания земли лопатой ,
от переноски тяжестей на спине. Чтобы до вести энерговооруж енность технически
отсталых ст ран хотя бы до ур овня передовых , нужно увеличить ее раз в
сорок. Во зможен ли такой скачок? Мы знаем , что возможен ". в условиях со­
циализма. Известно, что за годы Советской власти выработка эн ергии в нашей
стране увеличил ась в 200 раз.
Сейчас-то мировая эн ергетика опирается на нефть и уг оль, в меньшей сте­
пен и - на гидроэнергию. Но запасы угля и нефти ограниченны ; далеко не все
страны так богаты ими, как наша. В будущем, даже не в очень отдаленном , вам
всерьез придетоя решать проблему источников энергии.
Самый щедрый из всех имеющихся у вас в запасе источников энергии -
обыкновенная вода. Она состоит из водорода и кислорода , а в водороде на каждые
6700 обычных атомов приходится один атом тяжелого водорода - дейтерия . Один
грамм дейтерия, превращаясь в гелий , может дать столько же энергии, сколько
дает 10 т угля. Термоядерная энергия, добытая из воды небольшого пруда ,
равноценна всей современной добыче угля. Однако пока что этот заманчивый к лад
не дается в руки. Термояде рные реакции протекают при температуре в десятки и:
сотни миллионов градусов, любая печь превратится в атомный: пар от такого жара.
Одна ко в принципе можно предохранить стенки котла с помощью мощного магнитного
поля. Техническое решение еще не найдено. Но, думаю; эта трудная за дача рано или
поздно будет решена.
Быть может, доступнее дл я нас <(ж елтый уголм: неиссякаемая эн ергия сол­
нечных лучей . Подсчитано, что на каждый квадратный километр земной поверх­
ности Солнце льет поток мощностью примерно в 100 ООО квт. Цифра примерная,
потому что ее очень заметно изменяют географическ ое положен ие' местности,
время года и дн я, состояние атмосферы - ясное небо или облака. Превращать
тепло и свет в электричество инженеры уже умеют ; со зданы термоэлементы и
фото элементы с к. п. д" равным 7-10%. Если вы до ведете к. п . д . процентов
до тридцати- сорока и покроете фотоэлектрической пленкой , ск ажем , 5% - одну
двадцатую долю суши ,- и
то вы получите энергии в десятки тысяч раз боль­
ше , чем производится сейчас во всем мире, в ты сячу раз больше, чем нужно дл я
полного избавления человека от тяжелого физического труда.
Третий перспективный источник энергии -подзем ное тепло. Недра нашей пла­
неты нагреты до 1000° и выше. Мы живем на каменной облицовке гром адной пе­
чи - планеты. Но как добыть и з-под облицовки глубинный жар? Использовать
гей зеры , теп·л ые под земные воды, горячие пары? Температура их низковата для
техники. Использовать вулк аны , эти естественные отдушины , извергающие расплав­
ленную лаву?
Но как уп равлять потоком ла вы , как и збежать ее затвердевания? Бурить 30-
километровые скважины вплоть до глубин с температурой в 1000°, спускать туда
термоэлементы? Но и эти глубины остынут со временем, вам придется перемещать
приемн ики тепла или ставить их на автоматически роющие машины. Как видите,
есть над чем поломать голову.

2*
БЕ3 ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ НЕ ОБОИТИСЬ
Конечно , получение энергии касается разделов физики: теплотехники, опти­
ки, атомной физики, электротехники.
Уже можно смело мечтать о близких временах , когда потоки до бытого из воды
электричества зальют наши дома, поля и цехи. Пол учив в руки неисчерпаемые за­
пасы энергии, вы , наверное , захотите управлять погодо й, научитесь укрощать
ураганы и што рмы , направлять их бессмысленно е буйст во на полезную работу:
пуст ь несут дож ди в пустыню !
Вода и солнце дадут силу , а работать будут машины . Машины попроще во зьмут
на себя тяжелый труд , а сложные вычисл ител ьные машины -они уже появились­
заменят вас на скучной, однообразной работе : в канцеляриях , при учете и расче­
тах , на заводах , при наблюдении за ст анками-автоматами и автоматическими линия­
ми, на транспорте , в первую очередь на рельсах , потом на водэ , под водой и в воз­
духе. Все тяжелое и скучное вы перед адите машинам.
•
Только не думайте , что самим вам придется работать каких-нибудь три-четыре
часа в сутки . Слово «коммунизм»-это не синоним безделья. Трудит ься вам п ридет­
ся не меньше , чем нам , а может быть, даже и больше , но , конечно , продуктив­
нее . При коммунизме труд для всех членов общест ва ст анет первой
жизненной потребностью , гармонически сл ивающейся с другими
потребностями человека: стремлением к искусст ву и красоте, с тя­
гой к путешест виям (наверное, и на другие планеты) и, самое гл ав­
ное , с потребностью творить .
Творческ ая жилка в че ловеке наигл авнейшая. Ничто не дает
такого удо влетворения , подлинного , глубокого и чист ого счастья,
как процесс узнавания и со зидания , как во зможность видеть де­
ло твоих рук и твоего ума. Творческая жилка есть у каждого человека , но частень­
ко она подавляется первоочередными материальными заботами, а в капитали­
стическ их ст ранах просто не все допускаются к творчеству, творчест во там до­
ступно только избранным , а угнетенные клас�ы и даже угн етенные нации во­
обще не допускаются к образованию , не го воря уже � вершинах науки . Сегодня на
земном шаре , в ст ранах колониальных и полузависимых огромное количест во
неграмотных . Но в будущем , в обществе , разумно устроенном , при щедром изо­
билии пищи, материа лов, энергии и машин , которое вы со здадите , когда все ма­
териальные нужды будут легко. обеспечиваться , первостепенными будут духовные
потребности, и гл авная из них - потребность творить.
Творить можно в любой област и: в искусст ве , в производстве , в воспитании ,
в любой науке . Мне лично интереснее всего предст авляются творческие поиски
в трех обширных и неиссякаемых направлениях : в изучении самого далекого ,
самого малого и самого сложного .
Самое далекое , конечно , в космосе . Вам предстоит изучать изъеденную кра­
терами Луну, Марс, Венеру, далекие холодные планеты с их промерзшими лунами,
угловатые астероиды , кометы, Солнце , все околосолнечное пространство , а затем
и бесчисленные зве зды , одну дальше другой. Однако вы и так все рветесь в
космос; едва ли нужно вам рассказывать, как заманчивы многообещающие кос­
мические поиски. Я только напомню вам , что космонавтика - это н ебесная меха­
ника и кинематика тел в фи зическом поле тяготения , это спект­
ральный анализ, это радиосвязь и лазерная связь , это термодина­
мика и двигател и. Это- все разделы физики и все разделы химии.
Мир самого малого принадл еж ит фи зике почти целиком . Здесь
вам предстоит разобраться в свойствах элементарных частичек -
лептонов, мезонов, нуклонов, гиперонов, таинственных нейтрино,
резонансов и особенно новых гипотетических частиц , быть может, на и­
более первичных - так называемых кварков. Кто знает , сколько их еще
1.9

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ НЕ ОБОИТИСЬ
20
откроют, пока вы будете учиться? Вы будете иметь дело с ничтожными долями мик­
рона и микросекунды, с исчезающе малыми величинами и исчезающе малыми мгно­
вениями. Пылинки микромира - это кирпичики, из которых построены окружаю­
щие нас предметы. Их свойства так или иначе отражаются в свойствах атомов,
химических молекул, а через них и в свойствах крупных тел. В ничтожно малом
внутриатомном мире таятся великие силы, оттуда приходит термоядерная энергия,
о ве.1ичине которой вообразить трудно, и энергия аннигиляции, превосходящая тер­
моядерную в десятки раз.
•
Мир самого сложного - это жизнь. Только недавно, лет 10-15 назад, уче­
;ные начали постепенно разбираться в химической стороне процесса жизнедеятель­
ности; от поверхностного общего наблюдения перешли к химически точным анали­
зам. И сразу же изменилось наше отношение к биологии. Прежде считали: техни­
ка давным-давно превзошла природу, природа-нечто отсталое, устаревшее, слабое,
учиться там нечему. Оказалось, что это совсем не справедливо. Да, мы, люди, да­
леко превзошли природу мощностью, скоростью, температурой, размерами наших
установок. Но природа безмерно превосходит любой завод необыкновенной сла­
женностью процессов, ювелирной точностью результатов, экономичностью и ра­
циональностью.
Привычный пример - связывание атмосферного азота. На химических заводах
для этого берут чистый азот, добытый из воздуха, соединяют его с чистым водоро­
дом
,
, извлеченным .из природного газа; процесс ведут при высокой температуре и вы­
соком давлении. А клубеньковые бактерии, те, что сидят на корнях гороха и фа­
соли, умею т получать связанный азот из обычного неочищенного воздуха, чистым
водородом не пользуются, не применяют ни высокое давление, ни повышенную тем­
пературу, ведут реакцию на своих «Микрозаводах» - внутри клетки, где наряду с
азотсвязующими молекулами существуют миллионы других, занятых своими делами.
Изумительная целенаправленность и точность в чрезвычайно сложной обстановке!
Интересна и загадка зеленого листа, основного производителя пищи на нашей
планете. О том, что зеленый лист добывает углеводы из углекислого газа, используя
энергию солнечных лучей, известно давно. Но вот что еще обращает внимание: ведь
кванты света сами по себе не способны разбить ни молекулу углекислого газа,
ни молекулу воды. В клетках .'IИста существуют для этого особые «микрозаводы» - так
называемые хлоропласты, которые собирают лучи, накапливают их энергию и при
обычной температуре решают проблему, как расщепить прочные молекуJ1ы угле­
кислого газа и воды, получить крахмал и другие питательные вещества.
Перед вами стоит грандиозная задача: раскрыв тайну фотосинтеза, научиться
самим проводить реакции, осуществляемые природой в химических комбинатах
зеленых листов, в подземных лабораториях корней. Нужные продукты вы будете
получать непосредственно из углекислого газа, из воды и из азота воздуха. И быть
может, я даже уверен в этом, вы сумеете это делать лучше, экономичнее и мас­
штабнее, чем зеленый лист. Ведь технике не нужно приспосабливаться к сложней­
шей обстановке живого организма со всеми его запутанными связями.
В мышцах есть нечто сходное с зеленым листом. Там энергия, полученная при
сжигании пищи в кислороде, тоже накапливается постепенно. Ее собирают молеку­
лы адезинтрифосфорной кислоты. По прю>азу, полученному от нерва, они одним
ударом растягивают или сжимают гибкие белки мускулов. К . п . д .
здесь очень велик, процесс рационален, и вам, искателям буду­
щего, надо будет задуматься, не стоит ли жесткие рычаги, валы
и оси машин, привычные вам с детства, заменить для ряда машин
мускулоподобными гибкими тяжами с химическими двигателями
внутри них?
Но можно ли повторять живое в технике, спросите вы. Ведь
есть же принципиальная разница между живым и неживым-мо-

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИ МИИ ВАМ НЕ ОБОИТИСЪ
лекулы живого организма как-то отличаются от простеньких молеку.11 неживого
мира. Вот тут-то и во зникает вопрос: верно ли это ? И недаром сейчас ученые
особенно интересуются тем , что леж ит на границе живого и неживого. Существуют
ли живые моленулы? Существуют ли живые организмы , состоящие всего из несколь­
ких моленул? Вы, конечно , слышали о вирусах. В насто ящее время известно ,
что размерами вирус не отличается от крупнейших молекул. И в то же время
вирус - это простейший организм , который живет , размнож ается. Нужно еще и
еще работать, чтобы лучше понять тайны процессо в, которые превращают слож­
ную молекулу в организм с его уд ивительными экономич11ыми, рациональными и
точными устройствами.
Основа жизни - белок. Тайна строения белка начала открываться в последние
годы. Выяснилось , чт о белки - это нити, состоящие из аминокислот всего лишь
двух десятков типов.
Молекула белка как бы написана двадцатью литерами, но все го зн аков в этом бел­
ковом сло ве десятки тысяч, целая брошюра нужна , чтобы записать буквами строе­
ние одного белк а. И вот эту длинную, перевитую , местами склеенную нить орга­
низм штампует с уд ивительной быстротой и точностью , бе зош ибочно вставляя нуж­
ные «буквы» - аминокислоты - в нужные места. Ведь если мы в белке поменяем
местами хотя бы две аминокислоты , т. е. две буквы , то получим другой белок , с
другими свойствами, ин аче регулирующий жизненный процесс , и такая замена
иногда даже приводит к неизлечимым заболеваниям, в частности к зл окачественным
опухолям , к психическим расстройствам...
Значит , как правило , организм не ошибается ни в одной букве. Мы , химики ,
можем только завидо вать и руками разводить. Мы умеем тоже изготовлять «мно­
гобуквенные» нити - полимеры (нейлон , капрон и пр.) , но наши полимеры все со­
стоят из одинаковых букв, в лучшем случае написаны двумя буквами, а это
го раздо легче.
Попробуйте перенять у природы ее типографское искусство , научитесь изго­
товлят ь нужные вам любые вещества любой сложности при нормальной температуре
и в хаосе посторонних молекул.
Нам известно уже , что живое тело «печатает» белки по матрицам нуклеиновых
кислот. Нуклеиновая кислота -это и есть та брошюра , где записано непомерно
длинное сло во - белок. Каждый организм получает от своих родителей полный
набор этих брошюр , целую библиотечку. В них условными молекулярными знаками
(всего лиш ь че тырьмя) записан план построения организма, в.ся полученная от
родителей наследст венность.
·
И когда вы разберетесь в этой биологической грамоте , когда вы сумеете рас­
ставлять атомы по своему желанию и с той точностью, с какой делает это нуклеи­
новая кислота, тогда , возможно , вы даже 'н аследст венность сумеете регулировать,
будете по своему плану изменять формы животных и растений, даже со здавать
совершенно новые.
•
Проектирование новых типов организмов, проектирование молекул , накопление
квантов, выявление новых физических сил , поиски в самом далеком , самом малом
и самом сложном , «умные» машины , до быча энергии, материалов
и пищи - все это необходимо для всеобщего изобилия ! Кажется ,
я перечислил достаточное количество проблем , что бы каждый вы­
брал дорожку по своему вкусу , с удвоенным интересом взялся бы
за изучение нужных ему разделов физики и химии. Если же кто­
нибудь из читателей мечтает отыскать свои, принципиально но­
вые , непредвиденные дорожки, могу обещать, что и непредвиден­
ные пути тоже (и даже особенно) понадо бятся.
2:1

БЕЗ ФИЗИКИ И ХИМИИ ВАМ НЕ ОБОИТИСЬ
Поясню на примере энергетики. Ваши деды и прадеды отапливали дома дрова­
ми, дрова сж игали в топках паровых котлов на фабриках и в паровозах . Но если
бы мы вздумали сейчас питать нашу промышленност ь дровами , то свели бы все леса
под корень задолго до конца ХХ в.
Дров не хватило , и мировая промышленность перешла на уголь , на н ефть.
Выше го ворилось , одна ко , что для наших энергетических планов угля тоже хватит
ненадолго . И ука зывались во зможные повороты с уг ольной дороги на солнечн ую
и термоядерную . Просторные эти пути по зволяют увеличит ь энергопроизводст в о в
десятки тысяч раз...
А что есл и вам понадо бится увеличить их в миллион раз? Тогда даже широчен­
ные гелиошоссе и атомо-страды окажутся непригодными.
Дело в том , что чел ове1< стано в ится сейчас , при вас станет окончательно, су­
щест вом космического масштаба . Я го ворю здесь не о путешест виях в космос , а о
том , что человек будет способен изменять природу на всей своей планете. К энер­
гетике все это имеет прямое отношение .
Запасы термоядерно й энергии нео бъятны. В одном толЬl\о озере Байкал хватит
дейтерия, чтобы на цел ый год заменить Солнце . А сколNoо же Байкалов вме­
щ ается в океане\ Но , оказывается , нельзя выпуск ать в атмосферу такое количест во
теп_ла безнаказанно . К солнечным лучам можно добавить 3-5, от силы 7 % . У ве­
личив количест во тепла на Земле процентов на десят ь, мы уже нарушим климат ,
перегреем нашу планету, засушим умеренные зоны , растопим полярные льды и
переполним океаны . . то· же относится и к подземной энергии; это тепло дополни­
тельное , его надо вносит ь с осторожностью . Значит , дойдя до некоторого предела,
вам придется сворачивать с уже проторенных дорог энергетики : то ли отводить
излишки т�пла в космос , охлаждая атмосферу, как мы охлаждаем паровые котлы ,
отводя тепло в во здух , то ли выводить в космос энергоемкие производства , как
сейчас вредные производст ва мы выводим из людных городов.
Видимо , у космоса будет в следующем тысячелетии сложная
роль. До наших дней он в осно вном был астрономическим музеем :
мы обращались к небу, чт обы изучать и у читься . Сейчас космос
постепенно ст ановится лабораторией физико-х имико-биологичес кой,
там мы ст авим и будем ст авить опыты . В перспективе же космос
превратится в «деловой двор» человечества , в пригород планеты­
сада , именуемой Землей , в космос будут выведены производства
опасные , вредные , пыльные , жаркие".
Конечно , это проблемы очень отдаленного будущего; их начнут решать к концу
XXI в" а может , и позже." Но я назвал их , чтобы вы не думали, что все задачи
уже решены ва шими дедами и жизнь оставит вас бе з творчест ва .
В свое время вы решите и эти проблемы , кто-нибудь из вас сам напишет статью
для будущ его издания Детской энциклопедии о проблемах дальнейшего освоения
космоса и закончит ее примерно так: «Нам трудно представить все поразительное,
что вы , дети, сот ворите на Земле и в космосе . В одном мы уверены твердо : все,
что вы сотворите , будет сделано из материало в, предоставленных вам химией, с
помощью сил , открытых дл я вас фи3икой ». Так что без физики и химии вы не
обойдетесь и тогда.

ДВИЖЕIIИЕ
и анЕРГИЯ
ОСНОВА МЕХАНИКИ НАШИХ ДНЕЙ
РАВНОМЕРНОЕ ДВllЖЕНИЕ
Механика изучает движение тел и действие
сил между ними. Главное свойство всякого
движения - перемещение тела в пространстве.
Наблюдая движущийся по шоссе автомобиль,
мы прежде всего замечаем, что его положение
относительно нашего «наблюдательного пунк­
та& меняется. Если мы, начиная с некоторого
момента, каждую секунду станем определять
расстояние от автомобиля до нас, то получим
представление о его движении. Действительно,
при движении изменяются сразу две величи­
ны - расстояние и время. Расстояние отно­
сится к пространству, в котором происходит
движение; время - независимая от движения
величина, измеряемая часами. Чтобы описать
движение тела, обычно рисуют график, на ко­
тором показано, как далеко ушло тело в каж­
дый момент движения (рис. 1).
Одно и то же механическое тело, наблюдае­
мое из разных пунктов, совершает неодинако­
вые движения. Два человека, одновременно сле­
дящие за одним и тем же автомобилем и опре-
28

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
t
х
Рио. t.
деляющие расстояние до него , могут утверждать,
что от одного наблюдателя автомобиль убегает,
а к другому прибли жается, расстояние от ав­
томобиля до первого наблюдателя увеличивается,
а до второго уменьшается. Так кто из них
прав?
Или вот еще пример . Два автомобиля дви­
гаются друг за другом с одинаковой скоростью;
наблюдателю, сидящему в одном из них, дру­
гой автомобиль будет казаться неподвижным.
Из всего этого следует очень важный вы­
вод : движение тел относительно разных наблю­
дател ей различно , а само движ ени е относитель­
но. Поэтому, когда хотят точно описать движе­
ние какого-либо тела , заранее уславливаются,
какой именно наблюдатель его видит.
На первый взгляд кажется , что такое усло­
вие только меш ает изучать движение. Дейст ви­
тельно , что можно сказать о движении тела , если
отно сительно одного наблюд ателя оно удаляет­
ся , к другому приближается, а для третьего
и вовсе стоит на месте . Нельзя ли выбрать
такой «на блюдательный пункт» , относительно
которого движение тела выглядело бы «настоя­
щим», «абсолютным »?
Ответ на этот вопрос ученые искали с тех
времен , когда Ньютон построил стройное зд а­
ние так называемой классической мех аники.
И эти поиски привели к тому, что в на чале ХХ в.
кл ассическую механику пришлось допол нить
новой, так называемойрелятивистской
:мех аникой , кото рую со здал Эйнштейн .
До Эйнштейна классическая механика отве­
чала на этот вопрос так . Если тело двигается
равномерно и прямолинейно , то на прямолиией"
ном пути оно проходит за равные отрезки вре­
мени одно и то же рассто яни е. График такого
движения изображен на рисунке 2. Каждая
точка графика показывает , какое расстояв11е
прошло тело от наблюдателя, находящегося в
точке О за время t. Этот путь выражается фор­
мулой:
x=vt,
(1)
где v - скорость тела. Можно построить гра­
фик движения и для наблюдателя в точке 01'
находящейся на расстоянии s от первого на­
блюдателя. Если обозначить расстояние тела
от этого второго наблюдателя через Xi, то легко
получим:
Х1=Х-S=Vt-S.
(2)
Таким образом, з ная , к а к двигается тело
относительно одного наблюдателя , можно оп­
ределить , как оно будет двигаться относитель­
но любого другого , находящего ся на пути дви­
жения тела. В нашем случае , когда vt < s, тело
будет ко второму наблюдателю приближ аться и
s
в момент t0 = v поравняется с ним, а при
vt > s начнет от него удаляться.
Что же будет, если вто рой наблюдатель са:м
двигается со скоростью v0? Это значит , что рас­
стояние s между неподвижным и подвижным
наблюдателями зависит от времени и выра"
жается формулой:
S=V0t.
Подставив это вы раж ение в формулу (2), мы
получим
х1=х-v0t=(v-v0)t.
(3)
�
х
Рио. 2.

Из этой формулы видно, что движение тела от­
носительно подвижного наблюдателя сущест­
венно зависит от соотношения скоростей.
Если скорость наблюдателя меньше скорости
l'ела, оно от него удаляется, если больше -
приближается, и, наконец, если скорости на­
блюдателя и двигающегося тела равны, то они
относительно друг друга неподвижны.
Таким образом, формулы (2) и (3) легко поз­
воляют нам определить график движения отно­
сительно любых наблюдателей, подвижных или
неподвижных, и это сразу снимает все неудоб­
ства при описании относительного движения.
Во всех этих рассуждениях мы предполагали,
что у всех наблюдателей время течет одинаково,
т. е . часы идут совершенно синхронно, и их
относительное движение не влияет на их ход.
Если к формуле (3) добавить утверждение, что
(4)
т. е . ч.то время у обоих наблюдателей одно и то
же, то мы получим формулы, которые называ­
ютсяпреобразованиями Галилея.
Галилео Галилей жил в XVII в. Он первым сфор­
мулировал в классической механике принцип
относительности движения.
Галилео ГалиJ1ей.
У преобразований Галилея более глубокий
смысл, чем это кажется на первый взгляд.
Классическая механика утверждает, что эти
формулы справедливы не только на Земле, но
и во всей Вселенной. Следовательно, нужно
предположить, что пространство обладает свой­
ством однородности, т. е . оно всюду одинаково.
Ееμ эти формулы справедливы при движении
в любом направлении - вверх, вниз, направо,
на�ево и т. д ., - то пространство должно обла­
дать исвойстnом изотр опности, т.е
.
его
свойства ·во всех направлениях одинаковы.
ОСНОВЫ МЕХАНИКИ НАШИХ ДНЕИ
Образно говоря, для пространства не сущест­
вует ни верха, ни низа, ни правого, ни левого
направления. Именно этими качествами и на­
деляет пространство классическая механика.
Итак, изучая даже самое простое механи че­
ское явление - прямолинейное и равномерное
движение тела,- мы должны признать очень
важные гипотезы, чтобы не запутаться в описа­
нии движения относительно различных наблю­
дателей. Время универсально (едино для всех),
пространство однородно и изотропно, и во всей
Вселенной справедливы преобразования Га­
лилея.
ПЕРАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ
Равномерное и прямолинейное движение
редко встречается в природе. Если говорить
точно, то на Земле его вовсе нет. И тем не менее
первый закон Ньютона утверждает, что вся­
кое тело сохраняет состояние покоя или пря­
молинейного и равномерного движения, пока
на это тело не подействует внешняя сила.
Правда, относительно покоящихся тел у нас
не возникает никаких сомнений, потому что отно­
сительно Земли многие тела действительно на­
ходятся в состоянии покоя. Но зато они дви­
жутся вместе с Землей. А что касается равно­
мерного прямолинейного движеню1, то дело
обстоит сложнее. Трудно в условиях Земли
поставить эксперимент, в котором на тело не
действовали бы внешние силы. Даже если иск­
лючить все механические силы, то и тогда на
любое материальное тело будет действовать
притяжение Земли. Значит, на Земле нет тела,
на 'которое не действовали бы силы. Тогда как
же Ньютон мог сформулировать свой закон?
Во-первых, он заметил: чем слабее сила,
действующая на тело, тем меньше изменяется
его скорость. А во-вторых, на Земле все-таки
существуют движения, очень близкие к равно­
мерному и прямолинейному. Например, равно­
мерное и прямолинейное движение парохода
по гладкой поверхности озера.
Правда, на пароходе работают двигатели
и на него действует тяговая сила винтов. Но
эта сила всего лишь преодолевает трение паро­
ходного корпуса о воду. Во время равномерно­
го движения трение и тяга двигателей полно­
стью уравновешиваются и пароход движется
по инерции, равномерно и прямолинейно, в
соответствии с первым законом Ньютона. То
же можно сказать и о прямолинейном движе­
нии автомобиля, поезда, самолета. Главное
25

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ.
х,
х,
х
Рис. 3.
назначение двигателей у всех видов транспорт­
ных машин - сообщить такую скорость, при
которой была бы скомпе:hсирована сила трения.
Как только этот момент наступает, тело начи­
нает двигаться равномерно.
Неравномерное движение изображается гра­
фиком, примерно таким, какой дан на рисун­
не 3. На нем видно, что в равные промежутки
времени тело проходит неравные расстояния.
В связ и с этим понятие скорости для неравно­
мерного движения несколько иное, чем для
равномерного. Например, можно ввести так
называемую среднюю скорость за время дви­
жения. Она будет равна, как и в случае равно­
мерного движения:
х
Vcp= -
t
-
•
Можно ввести среднюю скорость за некото­
рый промежуток времени, она уже не будет
равна средней скорости за все время движения.
И наконец, в механике для неравномерного дви­
жения вводится мгновенное значение сRорости.
Она получается из средней сRорости, если про­
межуток времени сокращать до нуля:
(стрелка� означает «стремится R...»).
Простейший пример неравномерного движе­
ния - равномерно ускоренное движение. При
атом скорость тела в равные промежутRИ времени
увеличивается на одну и ту же величину. При­
рост величины скорости за одну секунду назы­
вается у с к о рением. При равноускорен-
26
пом движении J1егко для любого момента вре­
мени вычислить мгновенную скорость: v = at.
Зная ускорение а, можно определить путь,
который проделает тело за время t:
at2
Х=
-
2-·
(5)
На примере равномерно ускоренного движе­
ния можно установить, как будет выглядеть лю ­
бое неравномерное движение тела относитель­
но подвижных и неподвижных наблюдателей.
Путь, пройденный: те.1
1
ом при равномерно
ускоренном движении, выражается форму­
лой (5) . Эта формула справедлива для непод­
вижного наблюдателя, который в момент време­
ни t =0 на ходится рядом с движущимся телом.
Найдем, как выглядит равномерно ускорен­
ное движение
относительно
наблюдателя,
который движется по тому же пути, что и равно­
мерно ускоренное тело, но с постоянной скоро­
стью v0• Для этого нужно формулу пути уско­
ренного тела, как говорят, «подвергнуть пре­
образованиям Галилея». В формуле
(3)
at2
заменим х. на Т• тогда путь относительно под-
вижного наблюдателя выразится так:
'
at2
at•
Х1=2-Vot=2-Votl.
Мы замени.тrи t на t1, чтобы подчеркнуть,
что теперь формула относится R подвижному
наблюдателю. Но не забывайте, что t1 =t.
Теперь .1
1
ег1ю вычислить мгновенную ско­
рость и мгновенное ускорение тела относитель­
но подвижного наблюдателя. Для этого по гра­
фику 3 определим расстояние, пройденное телом
1
1
к моментам t1 и t2, и разделим этот путь
t1
1.
на интервал 2 -t1•
а(t1
+t'
)
v=
'
t-v.
t
2
о
Мгновенное значение скорости получится,
если этот интервал уменьшать до нуля. Тогда
t1 = t�. И, значит, мгновенное значение скоро­
сти тела относительно подвижного наб.1
1
юдателя
будет: v = at1 - v0, т. е. от мгновенной скоро­
сти тела относительно неподвижного наблюда­
теля нужно лишь отнять (или прибавить R
нему) скорость наблюдате.11я .
Чтобы определить ускорение относительно
подвижного наблюдателя, воспользуемся преж­
ним приемом и вычислим мгновенное значение
ускорения а, оно равняется приросту скорости
тела за единицу времени:
1
1
t-t
а
±
=а
'
·
• =а.
1
t'
-
t'
•
1

Получается интересный резу.'lьтат: ускоре­
ние тела относительно равном ерно двиг ающего­
ся наблюдателя в точности равно ускорению
относительно неподвижного наблюдателя. Зна­
чит , все неподвижные наблюдатели и все на­
блюдатели, двигающиеся прямоJiпнейно и равно­
мерно относительно друг друга, изучая равно­
мерно ускоренное движение , будут определять
раз.11ичные мгновенные скорости теда , но одно
и то же ускорение . Если скорость тeJia в.клас­
сической механике относительна , то ускорение
абсолютно , т. е. не зависит от равномерного
движения наблюдателя.
Это очень важный вывод , особенно если
вспомнить, что , согл асно второму закону Нью­
тона, сила , действующ ая на т ело , пропорцио- ·
нальна массе тела, умнож енной на ускорение.
Так как масса тела не зависит от наблюдателя ,
значит , сила в классической мех анике ведичина
абсолютн ая, она не зависит от равномерного
и прямол инейного движения наблюдателя.
В этом смысле все покоящиеся относител ь­
но тел а наблюдатели, а также все наблюдатели,
двигающиеся равном ерно и прямолинейно , рав­
ноценны . Изуча я движение тел и определяя
дейст вующие на них с илы , все эти наблюдатели
Подучат ОДИН И ТОТ Же резу.'lьтат .
Мы предполагаем , что наблюдатели снабже­
ны хорошим и часами и измерите.11ьными при­
борами. Изучая движен ие тел , они измеряют
расстояния до них , а при расчет ах по,1ьзу­
ют ся формул ами мех аники . Поэтому вместо
того , чтобы говорить «наблюдател ь» , часто при­
меняют термин «система
отсчета».
Сами системы отсчета принято называть ине р­
ц и а льн ы ми, потому что прямол инейное
и равномерное движение тел во змож но лишь
по инерции .
Полученный вывод можно сформуди ровать
так: ускорени я и силы, действ ующие на тела
относительно инерциальных систем от сче та ,
имеют одно и то же значение .
ЗАКОНЫ ПРИРОДЫ И CllCTEMЫ
ОТСЧЕТА
Мы очень подробно остановили сь на изуче­
нии движения тел относите.11ьно различных
наб.'Iюдателей потому, что это имеет фундамен­
тал ьное зна чение не только для механики, но
и для всей физики . Фи зика изучает раз.'lичные
явлени я природы и стремится подметить законы,
управляющие этими явлениями. Наприм ер,
утверждеl!ие Ньютона, что сила равна массе,
ОСНОВЫ МЕХАНИКИ НАШИХ ДНЕП.
умноженной на ускорение ,- это закон приро­
ды . Закон приро.в;ы потому и на зывается за ко­
ном , что он действует всегда н езависимо от
того , кто и как наблюдает его проявления .
Физики условились на зывать «настоящими»
законами природы только таки е, которые не
зависят от состояни я и движения системы от­
счет а. В этом смысле утверждение «сил а равна
массе, умноженной на ускорение>) есть закон
природ ы, спр аведливый для всех инерциальных
си стем отсчета.
Поясним это на примерах . При падении
на зем,'lю .'Iю бого тела проявляется закон сох­
ранения энергии. Приращение кинетической
энергии в .'Iюбой момент равно убыпи потенцпап ь­
ной энергии . Для набпюдател я, стоящего на
земной поверхности, в течение всего времени
справедли во соотношени е:
mv2
-
2
-+mgh=E,
где т - масса тела, v - его мгновенная скорость
относ ительно земного наблюдателя, g - ко эф­
фициент ускорения, h - расстояние от Зем­
ли , Е - постоян ная энергия падающего тела.
Для наблюдател я, двигающегося равномер­
но вверх , формулу этого за кона следует пре­
образовать, как это показано в формудах (3) и
(4):
(mv �v )2
--
1
'-
2
--"
•
- +mgh= Е.
Здесь v0 - постоянная скорост ь движения
наблюдател я , а v1-мгновенная скорость тела от­
носительно движущегося наблюдателя .
Это ур авнение подт верждает закон сох ра­
нения энергии, он, как говор ят физики , инва­
риантен, т. е. остается неизменным при преобра­
зованиях Гал илея . Таким обра зом , закон сохра­
нения энергии - «настоящ ий» закон природы ,
не зависящий от наблюдател ьного пункта .
Рассмотрим также другой закон природы -
закон сохранения количест ва движения , или ,
как он иначе называется , закон импульса
(ри с. 4) . Предста вим себе , что из лодки , дви-
Рис. 4. По закону о сохранен1ш движения (m +M)v = mv,+Mv,.
27

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
гающейся со скоростью течения реки v, пры­
гает в воду пловец с начальной скоростью Vi­
Ma cca лодки и масса пловца соответственно
равны т и М. Тогда относительно неподвиж­
ного наблюдателя закон сохранения количества
движения можно записать формулой:
(т+M)v=тv1+Mv2•
(до прыжна)
(после прыжна)
1\ этой лодке приближается другая-с наблюда­
телем. Если скорость лодки относительно тече­
ния реки будет v0, наблюдатель запишет закон
сохранения импульса в таком виде:
(т+М)v1=mv;+Mv'.
•
1
1
б
Скорости v1, v1, v2 для подвижного на лю-
дателя получаются после простых преобразова­
ний по формулам Галилея. Итак, для подви»\­
ного наблюдателя закон сохранения импульса
имеет такой же вид, как и для неподвижного.
Такой же способ прцменяется во всех слу­
чаях, когда надоопределить, возможно ли назвать
законом природы экспериментально обнаружен­
ную или выведенную теоретически законо­
мерность. Для этого нужно написать соотно­
шение между физическими величинами для
неподвижного наблюдателя и применить к нему
преобразования Галилея. Если соотношение
не из менится, значит, закономерность - закон
природы. Если соотношение физических вели­
чин при переходе от одной инерциальной систе­
мы отсчета к другой из менится радикальным
образом, то эта закономерность представляет
собой лишь частную зависимость, свою для
каждой инерциальной системы отсчета.
CИ.JIA
Понятие силы имеет очень важное значение
для всей физики, потому что именно сила -
причина, которая изменяет движения физиче­
ских тел. Хотя мы очень часто чувствуем на
себе действие различных сил, определить, что
такое сила, довоJ1ьно сложно. Механика изу­
чает различные силы главным образом по их
действию на тела. Если мы замечаем, что какое­
либо тело изменило скорость или направление
движения, то мы говорим, что на него подей­
ствовала сила. Поэтому наиболее употребитель­
но определение: сила - это действие одного
тела на другое. Но в этой формулировке очень
мало положительного содержания, так как она
не вскрывает механизм действия.
28
То, что у сил различная природа, видно
хотя бы из следующих примеров. Мускульным
усилием мы сдвигаем нагруженную тележку,
и она, достигнув определенной скорости, ка­
тится равномерно. Здесь проявляется действие
одного тела (наших рук) на другое (тележка).
Сила трения постепенно останавливает желез­
нодорожный вагон, который двигается по инер­
ции.
Но вот пример другой силы: камень падает
на землю с равномерным ускорением. На него
действует сила тяготения. Эта сила несколько
необычна, потому что здесь одно тело (Земля)
действует на другое (камень) на расстоянии
без какого-либо промежуточного контакта. Силы
всемирного тяготения распространяются на всю
Вселенную и действуют между всеми материаль­
ными телами, как бы далеко они друг от друга
ни находились. Силы электростатичесного и
магнитного притяжений похожи на силу тяго­
тения потому, что эти силы тоже действуют на
расстоянии.
Существует и третий вид силы, она называет­
ся силой инерции. Ее мы особенно хорошо чув­
ствуем, когда автобус сильно тормозит или де­
лает резкий поворот.
Мы уже говорили, что силы, действующие
между различными телами,. одинаковы относи­
тельно инерциальных систем отсчета. Здесь
уместно сказать несколько слов о неинерциаль­
ных системах отсчета. Можно себе представить
наблюдателя, который двигается не равномер­
но, а с ускорением. Тогда весь физический мир
будет ему казаться совершенно иным, и он об­
наружит, что на тела действуют силы, которых
фактически пет.
Пусть, например, некто ведет свои наблюде­
ния сквозь стеклянные стенки кабины лифта,
которая свободно падает в глубокий колодец.
При таком падении наблюдатель будет в состоя­
нии невесомости; следовательно, он может счи­
тать, что сила тяжести на него не действует!
Измеряя скорость движения различных тел
относительно себя (например, скорость движе­
ния стены шахты, в которой происходит паде­
ние), он установит, что стена двигается равномер­
но ускоренно и, значит, по закону Ньютона
па нее должна действовать сила.
Но здравый смысл подсказывает парашю­
тисту в затяжном прыжке, что Земля все бы­
стрее и быстрее приближается к нему не пото­
му, что ей сообщает ускорение какая-то сила.
Он знает, что закон Ньютона здесь следует
понимать так: именно он, парашютист, па"
дает с равномерным ускореаием.

В земных условиях сравнительно просто
определить, к какому телу приложена сила.
Но представим себя в космическом простран­
стве. Мы набщодаем за какой-нибудь далекой
звездой и обнаруживаем, что она ускоренно
движется к нам. Предположим, что нам известна
ее масса. Тогда мы определим действующую на
нее си,лу и на основании этого можем сделать
несколько различных предположений:
1. Звезда неподвижна, никакая сила на нее
не действует, а мы падаем на ее поверхность.
2. Мы двигаемся равномерно и прямоли­
нейно, а звезда - это гигантский космический
корабль, набирающий скорость.
3. И мы и звезда двигаемся под действием
разных сил. Может быть, звезду притягивает
к себе какое-то огромное, невидимое материаль­
ное тело.
Решить, какое из предположен ий правильно,
очень трудно, пока не будут проведены допол­
нительные исследования. Эти трудности воз­
никают потому, что в неинерциальных системах
отсчета, кроме «обычных» сил, появляются еще
«Фиктивные» силы как внутри системы отсчета,
так и вне ее. Пример действия фиктивной силы­
ускоренное движение стен шахты, наблюдае­
мое из свободно падающей кабины лифта. Фик­
тивные силы мы определяем только на основа­
нии измерений. Однако внутри неинерциальной
системы обычные, нефиктивные силы не менее
реальны, чем и вне этой системы.
Вспомним, например, силу переrрузки, ко­
торую испытывает космонавт на активном участ­
ке траектории космического корабля. Двигаясь
ускоренно против силы тяжести, можно создать
перегрузку в несколько раз большую, чем си­
ла тяжести на поверхности Земли. Недаром
перегрузки обычно измеряются в единицах
g (g - ускорение силы тяжести на поверхно­
сти Земли). Если космонавт испытывает пере­
грузку в 5g, то это значит, что его вес стано­
вится в пять раз больше, чем на Земле.
Эти силы вызваны инерцией: тело, в соот­
ветствии с первым законом Ньютона, стремит­
ся сохранить ссэстояние покоя или равномер­
ного и прямолинейного движения. Изменение
этого состояния приводит, по закону действия
и противодействия, к «сопротивлению» тела.
Вот почему иногда закон действия и противо­
действия записывают в форме:
·F-ma=О,
где F - действующая сила, а та - сила инер­
ции. Силр. ю�ерции пропорциональна массе тела.
ОСНОВЫ МЕХАНИКИ НАШИХ ДНЕИ
В механике, по существу, приходится иметь
дело с двумя видами массы. Чтобы в этом ра­
зобраться, запишем второй закон Ньютона и
закон всемирноrо тяrотения:
F= ma,
тМ
f=rfi2·
Вторая формула выражает силу взаимного
притяжения между массами т и М, R - рас­
стояние между телами, а r - так называемая
гравитационная
постоянная.
В одном случае тело находится под действием си­
лы F, а во втором - под действием силы при­
тяжения f. Должны ли мы в обоих случаях под
массой т понимать одну и ту же величину?
Считается, что обе массы одинаковы, хотя
в классической механике это ниоткуда не сле­
дует и никак не доказывается. Действительно,
во втором законе Ньютона масса т - это мера
«сопротивляемости» тела действию силы или
мера инерции. Чем больше масса, тем больше
она сопротивляется воздействию силы и поэ­
тому при одном и том же значении действующей
силы приобретает меньшее ускорение.
В законе же всемирного тяготения масса т
участвует в некоем «таинственном» взаимодей­
ствии с другой массой, отделенной от нее рас­
стоянием R. Здесь масса «активна» в ее дей­
ствии на другую массу, в отличие от «пассивной»,
сопротивляющейся массы инерции. Эту актив­
нуюмассуназываютгравитацисэнной.
Она «имеет право» быть отличимой от инер­
ционной массы. Эйнштейн рассматривал все­
мирное тяготение не как свойство, присущее
материальным телам, а как свойство простран­
С'fВа вблизи материальных тел. Он исходил
из того, что гравитационное притяжение не
зависит от внутренней структуры вещества.
А в природе существуют силы, для которых
внутренняя структура тел не безразлична. Маг­
нит, например, притягивает далеко не каждое
тело. Диамагнитные вещества магнитное поле
даже отталкивает. Причина этого в глубоких
особенностях атомной и молекулярной стру1•­
туры.
Гравитационное же притяжение масс не за­
висит от их химической и физической природы.
Кроме того, доказано и опытным путем, и тео­
ретически, что скорость падения различных
тел на Землю не зависит от их массы. В вакууме
пушинка и килограммовая гиря будут падать с
любой высоты с одинаковой скоростью.
Утверждая справедливость преобразования
Галилея (см. стр. 26), мы выдвинули гипотезу
29

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
об изотропном и однородном пространстве.
Такая гипотеза верна , если предп оложить , что
свойства пространства не зависят от при сут ­
ст вия в нем материальных тел. Эйнштейн , исхо­
дя из тождественности инерционн ой и грави­
тационной масс, выска зал предположение , что
пространство изменяет свои свойства вбли зи
материалы1ых тел , что оно перестает быть од­
нородным и изотропным , а траекто рии движения
других тел в таком пространстве искривляются.
Наблюдател ь восп ринимает такое изменение
пространственных свойств как дей ствие зако­
на всеми рного тяготения. Предположение Эiiн­
штейна впоследствии было неоднократно под­
тверждено на опытах .
Чтобы закончить рассказ о силах , мы рас­
смот рим один интересный класс сил , которые
дей ствуют не в направлении движения тел.
Скорость и уско рение тел а и расстояние
до него от исходной точки отсчета - все
это величины вектор н ы е, т. е. у них
есть направление. Если тело свободно пе­
редвигается в пространстве, направление его
движения совпадает с направлением действи я
силы.
Однако это происходит иначе, если движе­
ние тел а «связанно». Например , движение по
круговой траектории обладает замечател ьным
свойством : направление ск орости движени я и
направление действия центростремительной си­
лы вза имно перпендикулярны. Пл анеты , дви­
гаясь по эллипти ческим орбитам вокруг Солн­
ца , испытывают дей ствие центростремительных
сил , которые направлены под углом к вектору
их движения . Цент ростремител ьная сю1а урав­
но веши вается силой притяжени я к Солнцу,
так что результир ующая сила равна нулю и
пл анеты движутся по инерции.
«Колесо смеха".
30
.,.__--
-._
Ю�с
!SIJ:�
��:-
--.
.r.;_
_.
.;:
-'�
1
..
..
..
..
..
.
;'i
i=i�rL.t
i
�\
Рис. 5. Вра щение Земли заст авляет воду подмыват ь пр11вый
берег у рек, текущ11х с севера на юг и с юга на север.
Может пока заться странным , что мы гово­
рим об инерции на крjjfволинейной орбите,
вед ь инерци альное движение, согласно уче­
нию Ньютона , во зможно лишь по прямым
лини ям. Именно здесь-то и ска зывается выд ви­
нутое Эйнштейном положение о том , что пря­
мые , по которым могут двигаться тел а по инер­
ции , становятся вбли зи материальных тел кри­
выми. Опыты пока зали , что вбли зи Солнца
даже свет исRрив.11яет свой путь. А ведь его
прямолинейное распространение раньше не вы­
зывало сомнения.
Существует инерционная сила , дей ствие ко­
торой не проявляется , пока тело неподвижно ,
но она сра зу же обна руживает се бя , как тол ько
тел о начинает двигаться . По радиусу вращаю­
щег ося диска ( «Колеса смеха» ) передвигает ся
тело за время t из точки А в точкуВ. Есан
точка А находится от цент ра на рассто янии R1,
а точка В - на расстоянии R2, то линейная
скорость вращени я этих точек будет w R1 и w R2,
где w - круrовая частота вращения диска.
Значит , за врем я t скорость тел а в направлении,
перпендикулярном радиусу, изменит ся на ве­
личину w (R2 - R1). Следовател ьно, н а него.
будет дейст вовать ускорение
или сила F = mwv.
Если скорость тел а v вдоль радиуса ди ска�
равна нулю , сила F тоже равна нулю. Дей ству­
ет эта сила перпендикулярно движению тела
по.диску.Называетсяонасилой I\орио-.

лис а. На Земле эта сила, например, проявляется
при течении рек вдоль меридианов (рис. 5) .
Если река течет с севера на юг, то вследствие
вращения Земли с запада на восток действует
си ла Кориолиса и вода подмывает западный
берег; если с юга на север - то восточный. В юж­
ном полушарии все это происходит наоборот .
RО.ЛЕБАНИЯ
.Колебани я - очень распространенный вид
механических движений, и не только мех аниче­
ск их. Колебательное движение настолько все­
обще в природе , что часто его очень трудно от­
делить от поступательного , особенно в движе­
нии эл ементарных частиц· (электронов, атом­
ных ядер и др .). С понятием «колебания» у вас
ассоциируется предст авление либо о волнах
на поверхности озера , либо о качании маятни­
ка . О волнах подробно расска зано в статьях
«Свет» , «З вук» и «Электромагнитное поле».
Здесь мы остано вимся лишь на механи ческих
колебаниях , особенно на колебаниях маятника.
Маятником на зывается тяж елое тело , под­
вешенн ое на нити к одной точке. Отклоняя
_/
1\
м 1'._"
Рис . 6. Маятник .
маятни к от положени я равновесия, мы сооб­
щаем ему потенци альную энергию величиной
mgh (рис . 6). Оп усти в маятник, мы разрешаем
ем у падать, но не сво бодно , а по круговой тра­
ектории , р.ддиус которой равен длине нити.
ОСНОВЫ МЕХАНИКИ НАШИХ ДНЕИ
За время движения по участку M1N потенциаль­
ная энергия тела постепенно переходит в ки­
нетическую и в точке N переход полностью
завершится . Здесь скорость маятни ка можно
оп ределить, сравни вая его потенци альную и
кинети ческ ую энергии . Скорость в этой точке
наибольш ая, и тело не останавливается , а дви­
гается дальше по инерции , взбираясь все выше
и выше , пока снова в точке М2 вся его кинети­
ческ ая энергия не перейдет в потенци альную .
Здесь скорость равна нулю . С этого момента
все начнется снача л а. Таким образом , колеба­
ни я маятника обусловлены периодическим пере­
ходом потенци альной энергии в кинети ческую ,
и обратно .
Время полного :колебания , т. е . время , за
которое тело , покинув какую-то точку траекто­
рии, вернется в нее снова, называется п е р и о­
д о м колебания. Наибольшее отклонение тела
от точки равновесия называют а м п л и т у­
д о й колебания.
При очень малых отклонениях период коле­
баний не зависит от массы маятника и равен :
/ = 27tif:.
В эту формулу входят ускорение силы тяже­
сти g и длина маятни ка l. Эти вели чины не
изменяются при преобразованиях Галилея. Зна­
чит , период колебаний одного и того же маят­
ника, н аблюдаемый в различных инерциальных
системах отсчета , ест ь величина инвариантная,
т. е. не зависящая от ,цвижения наблюдателя.
С колебаниями мы вст речаемся и тогда ,
когда оттянем от положения равновесия груз,
укрепленный на конце пружины . В этом сл у­
чае· потенци альн ая энергия сж атой пружины
также периодически переходит в кинети ческую
эне ргию груза , и обратно .
Колебания маятника или колебани я груза
на пружине , если на них не действуют ни какие
силы , на зываются свободными или собствен­
ными, в отличие от вынужденных колебаний,
которые со вершают эти тела , если на них дей­
ст вует периодически меняющаяся сила. При
длительном действии периодическ ой силы маят­
ник и груз начнут , в конце концо в, колебаться
с частотой действия этой силы. Явление , ко­
торое при этом можно наблюдать , называется
резонансом.
Если периоди ческ ая сила действует на маят­
ник с частотой его свободных колебаний, амп­
литуда его колебаний очень быстро растет .
Даже незначительных сил достаточно , чтобы
сильно раскачать маятник.
31

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Собственные колебания ме ханических тел­
очень важное понятие . Почти у любого тела и
любой конструкции, с которыми мы встречаем­
ся в технике и в повседневной жизни, есть свое
собственное колебание (рис . 7) . Часто эти коле­
бания очень сложны, и их нель зя представить
так наглядно, как колебание маятника или
пружины. Более того, у сложного механическо-
Рис. 7 . У сяожиоrо кеханнческоrо тела может быть
квоrо собственных колебаний.
го тела может быть много собственных колеба­
ний . Если конструкция или прибор находится
под действием внешних периодических сил, то
очень важно, чтобы период их действия не
совпадал с периодом какого-либо из собственных
колебаний. В противном случае может наступить
резонанс, амплитуда колебаний конструкции
выйдет за допустимые пределы, и она разрушит­
ся. Были случаи, когда рушился мост, по кото­
рому в ногу шла большая группа солдат . От­
талкиваясь от моста с частотой его собственных
колебаний, они раскачивали его, как качели,
и он в конце концов обрушивался.
ОТ МЕХАНИКИ RJIACCИЧECROil
К МЕХАНИ КЕ PEJIЯTИBHCTCROii
В этой статье мы не пересказываем школь­
ный курс механики. У нас задача другая: по­
казать, как следует рассматривать движения
механических тел в пространстве и во времени .
Особое внимание мы обратили на некоторые
интересные случаи механических движений.
Хотя механика самый старый разде.1
1
физи­
ки, в ней за последние полвека появилось много
нового и неожиданного. Это новое и неожидан­
ное возникло в связи с углубленным изучением
таких важнейших физических понятий, как
пространство 11 время. Разбирая силы тяготения,
32
мы уже отметили, что Эйнштейн объяснил их
не столько свойствами притягивающихся мате­
риальных тел, сколько свойствами окружаю­
щего их пространства . По существу, Эйнштейн
воедино свя зал пространство, время и материю.
Это вполне соответствует принципу диалектиче­
ского материализ ма : пространство и время -
формы существования материи и от нее не­
отделимы.
Зависимость свойств пространства от при­
сутствия материи Эйнштейн обнаружил позже,
чем зависимость от движения наблюдателя. Вот
как это было. Ньютон в своей <( Механике>) до­
пускал существование абсолютного простран­
ства и абсолютного времени. Он писал: <( Абсо­
лютное пространство по самой своей сущности ,
бе зотносительно к чему бы то ни было внешнему,
остается всегда одинаковым и неподвиж ным)) ;
«Абсолютное, истинное математическое время
само по себе и по самой своей сущности, бе з
всякого отношения к чему-либо внешнему,
протекает равномерно и ива че называется дли­
тельностью)).
Ньютон не указал, откуда берутся абсолют­
ные пространство и время и как их обнаружить.
Просто предполагалось, что вся Вселенная
погружена в некую неподвижную пустоту, ко­
торая и есть абсолютное пространство, и в этой
пустоте равномерно течет абсолютное время.
Если это так , то тогда следовало бы найти спо­
соб, как измерять движения тел, используя сис­
тему отсчета, связанную с абсолютным прост­
ранством. Такая система выгодно отличалась
бы от инерционных систем, которые, как мы
видели, все относительны. Но как обнаружить
это абсолютное пространство? Какое явле­
ние природы может указать на то, что оно
существует?
Предполагалось, что на это указывает рас­
пространение света в пустоте . Действительно ,
чтобы свет звезды дошел до земного наблюдате­
ля, он должен пройти миллионы и миллиарды
километров в космическом пространстве, где
плотность материи ничтожна. Свет лучше всего
распространяется там, где ему не мешает не­
прозрачное вещество, и можно думать, что <(род­
ная стихия» для света - именно пустое про•
странство.
Это предположение надо было проверить экс­
периментом. Если луч света распространяется
в абсолютном пространстве, то можно устано­
вить , что его скорость различна для разных
наблюдателей . Другими словами, здесь также
должны быть справедливыми преобразования
Галилея, как и для всякого ме ханического дви"

ИСАЛ:К НЬЮТОН

АЛЬВЕРТ ЭЙВШТJфВ

жения. Двигаясь навстречу световому лучу,
мы должны измерить большую скорость, чем
при движ ении вдоль него. Тогда ·, по аналогии
с механическим движением , мы сдел али бы
вывод , что при движении вдоль луча со скоро­
стью света наблюдатель увидел бы этот луч
неп одвиж ным.
В конце прошлого века было поставлено
мноа-;ество опытов, определявших скорость света
при разных условиях : и когда он идет навстре­
чу к наблюдателю и когда он уходит от него.
Нюrболее точный опыт впервые поставил амери-
1\ансю1й ученый Майкельсон в 1881 г. В этом и
во всех дальне йших эксперимент ах результат
был один и тот же: скорость света остается
по стоянной и не за висит от движения наблю­
дателя (или источника света).
Этот вывод резко противоречил всему , что
было известно в классической механике. Если
мы двигаемся навстречу автомобилю, его ско­
рость с1шадывается с нашей; если двигаемся от
него , то вычитается .
А вот со светом пол учается иначе. Двигаем­
ся ли мы навстречу световому лучу или убегаем
от него , в любом случае его скорость относи­
тел ьно нас остается одной и той же : округлен­
но - 300 ООО км/сек ! Было сдел ано много попы­
ток объяснить такое странно е явление , но все они
оказа лись неудовлетворител ьными.
Только у Э йнштейна хватило научного му­
жества заявить, что здесь мы имеем дело с но­
вы м за коном природ ы: ско рость света есть
инвариантная величин а, не зависящая от дви­
жения наблюдателя. Простые алгебраические
расчеты показывают , :к каним революционным
изменениям в наших предст авлениях о про­
ст ранстве и времени привело это , казалось ,
<< Простое>) ут верждение.
•
П усть, как и раньше, мы имеем две системы
от счет а : одну - неподвижную и вторую - двига­
ющуюся относительно первой со скоростью v;
ка�\ толь.ко подвижный и неподвижный · на­
блюдатели оказываются рядом , вспыхивает све­
то вой сигнал .
Согл асно Эйнштейну, скорость распростра­
нения этого сигнала од инакова и в первой и
во вт орой системе отсчет а.
П уть , пройденный светом в первой системе
отсчета, будет: х = ct, путь , пройденный светом
в подвижной системе, будет: х1 = ct1 (с =
300 ООО км/сек).
.
Легко по казать, что преобразования Галилея
несо вместимы с законом постоянства распро­
странения света . Действительно , по Галилею ,
х1 = х -vt1' и,следовательцо,х1 =(с - v)t1, т.е.
о3д.э.т.3
ОСНОВЫ МЕХАНИКИ НАШИХ ДНЕЙ
в подвижной системе отсчета скорость света
получается иной , что противоречит закону неза ­
висимости скорости света от скорости наблю­
дателя.
Предположение Эйнштейна, что скорость
света не зависит от скорости исто чника или
наблюдателя , было тщательно проверено. Вы­
воды оказались почти фантастическими. Ока­
зывается, преобра зования Галилея верны лишь
приблизит ельно, их мож но применять, когда
скорост ь наблюдателя во много раз меньше
скорости света. Но если наблюдатель будет дви­
гаться с ог ромной скорост ью , приближающейся
к скорости света, начнут проявляться такие
явления , о которых классическая механика и
не подо зревал а,- так называемые релятивист ­
ские эффекты .
Во -п ервых , с точки зрен 11я непод в ижного
наблюдателя геометрические ра змеры всех про �
летающих мимо него тел изменяютс я: в направ ­
лении движения они сокра ща ются , «сплющивают­
С Я>) . Например , при очень бол ьшо й скорости про­
летающий мимо шар превратится в плоски й
блин. Во-вторых, и это , пож алуй, самое неож и�
данное, время у двигающегося наблюд ателя идет
медленнее , чем у неподвижного (рис. 8) , при
Рис. 8. Время у движуще­
г ося набл юдателя идет мед ­
леннее, чем у непод вижного.
этом чем бол ьше ско рость, тем больше замед­
ляется время. Если бы можно было дост ичь
скорости света, время в полном смысле этого
слова остановилось бы! В-третьих , масса дви­
гающихся тел то же оказывается не постоянной ,
а растет вместе со, с1шростью .
Из теор ии относительности следует важный
вывод о предельном . значении скорости света.
Тела не моrут двигаться быстрее света .
Не следует думать, .что выводы теории отно­
сительности ..
..
..
.,
фантастика. Увел ич.ение массы
дзигающих ся. тел на чинает играть суще ствен­
ную роль в ускор,итедях ядерных ча стиц . При
конструированип .этих , ускорителей уж е прини­
мают специальные меры , чтобы преодолеть
88

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
во зрастающую инерцию разгоняемых ядерных
частиц , им придают дополнительную энергию .
В ядерной физике было доказано и замедление
nремени. Оказалось, что неустойчивые части­
цы - мю-мезоны , которые обнаружи ваются в кос­
мических лучах, живут дольш е, чем .мю-мезоны ,
полученные в ускорителях . Удл инение их жизни
объясняется тем , что из-за большой скоро­
ст и движения их время те чет медленнее , чем
время у их земных двойни ко в.
В эпо ху космиче ских поJ1ето в вывод теории
относительно сти о замедлении времени для
быстро двигающихся тел может приобрести прак­
тическое значение. Вед ь есл и двигаться доста­
точно быстро , то за врем я тизни человека мож­
но по сетить самые отдаленн ые уголки Вселен­
ной ! Подсчитано , что при скоростях , близких
к скорости света , можно побывать у дащ�­
ких звезд , находящихся от Земли на расстоя­
нии в несколько миллионов световых лет , на­
пример в туманности Андромед ы, и вернуться
обратно . Самым уд ивительным окажется то ,
что за время путешествия такого (< субсвето­
вого)> космического корабля на Земле время
будет течь обычным темпом и пройдет несколь­
ко сотен, тысяч и даже миJ1лионо в лет ! Вп олне
мыслима и такая ситуация , когда отп равивший­
ся в (< ближний» зве здный полет отец вернется
на Землю и обна ружит , что его сын старше его .
Теория отно сител ьности предсRазывает , что
не только ход часов, но и скорость течения всех
физических процессов на скоростном космиче­
ском корабле будет замедлена . А это значит ,
что путешественник и никак не см огут заметить
те удивител ьные превращения , которые про­
изо йдут с ними и со всем , что их окружает .
Правда , ученые все еще спорят : замедлится
ил и не замедлится в космическом корабле ,
двигающемся с фантастической скоростью , само
течение жизни. Сейча с ответить на этот вопрос
очень трудно . Будущие эксперименты в кос,ш­
ческом пространстве , может быть , прояснят
и эту интересную проблему.
Многие вооi:нующие загадки , связанные с
выводами теории относительности, были бы
реш ены , если бы удалось построить аппарат ,
двигающий ся с оиолосветовой сиоростью . На
Земле нет еще топлива , иоторое могло бы таи
разогнать иорабль . Таиая сиорость была бы у
иосмичесиого иорабля , если бы силу его тяги соз­
давал ". потои света. Э то таи называемые фо­
тонные, или аннигиляцвонные, двигатели. Их
ионструицию и принцип действия поиа что
пытается предсиа зать тольио научн ая фанта­
стииа.
(• ROJIЧOK»
Кто n детст ве не увлекался
зам ечател ьной пестро раскра­
шенной игрушкой - волчком?
Она зачаровы вает своим удиви­
тел ьным поведением : стоит ее
раскрутить- и она «как живаю>.
В мага зине можно купить
большой красивый волчои; он состоит из двух
соединенных полуионусов, по оси которых про­
пущен стержень со сп иральной навивкой. П од­
нимая и опуская за водную ручку, волчок l\Юа> ­
но сил ьно раскрутить. Однако это не обязател ь­
ная конструкция волчка . Можно просто выре­
зать диск из плотного картона и в его центр
вставить спичку. Очень хорошие волчки п олу­
чаются из массивных металлических дисков с
тонной осью и острой нож кой. Старые ча сы -
это целый илад волчков, больших и малень­
иих . Там что ни зубчатое иолесико с осью ,
то и волчок .
До того , поиа волчои не раси рутил и, он
ничем не интересен . Никаиие попытии заставить
волчои .(<Стояты , когда он неподвижен , не
увенчаются успехом . Но стоит сообщить ему
вращательное движение , и он п.1ючно стоит на
своей ножке, причем тем прочнее и устойчив ее,
чем быстрее вращается и чем острее его ножка ,
т. е. чем меньше сила трения в точке упора.
Именно вращательное движ ение - причина его
устойчивости. Из-за трения скорость его по­
степенно падает , он начинает качаться и, на­
ионец , остановивш ись , валится на бок .
Если волчок хорошо раскрутить , то он обя­
зательно стремится стать вертииально, даже если
первоначально его ось была наилонена . Более то­
го , стоит легонNoо то линуть его , он качнется раз­
другой и снова примет вертииальное положе­
ние . По за конам своего движ ения волчок уста­
навливается всегда так , чтобы направление
силы тяжести и ось вращения совпадали.
Если ножиа волчиа недостаточно остра ил и
если сиорость вращения мала , волчок не стоит
иаи виопанный, а совершает своеобразные коле­
бания , иоторые называются п рец е с с и ей:
ось волчиа описывает в пространстве ионус
воируг вертииальной линии.
Волчои - это лиш ь один из многочисленных
примеров враща ющих ся тел . В общем виде за­
ионы вращения тел очень сложны , но , если у
тела правильная геометричеси ая форма , его
вращение подчиняется довольно простым заио­
номерностям . Гл авная из них - устойчив ость
вращающегося тел а относительно оси вращения.

Чтобы пуля при полете не «кувыр1<аласы в
воздухе , ей придается вращательное движение .
Это дост и гается винтовой наре зкой в ружейном
стволе (от сюда и название - винтовка) . Вр а­
щающаяся пу.1я на протяжен ии своего полета
сох раняет направление своей оси .
Вида ли ли вы в цирке , как эквилибрист вра­
ща ет на тон ких палочках тарелки? Вр ащаясь,
онп приобретают ту же самую устойчивост ь,
что и вол чо1 с Эквилибристу остается лишь
с .1 едит ь, чтобы ось вращения в точности про­
ходила че рез центр тяжести тарелочк и (рис. 9) .
Рис. D. Самое сложное в
работе этого аквилибрнст а­
координировать движения
рук, ног и головы. А вра­
щать тарелки на палочках
сра внительно несложно : на­
до лишь следить, чтобы ко­
нец палочки был точно в
центре дна тарелки.
Во.1чок - это не тол ько игруш1ш . Уди­
вител ьн ая устойчивость вращающегося диск а
широко применяется в науке и технике . В так
называемом rироскопическом стабилизаторе вра­
щающийся диск придает устойчивость всей
системе , в которой он закреплен . Быстро вра­
щаясь, диск активно «соп ротивляется» измене­
нию оси вращения . На этом принципе на мор­
ских судах работают механизмы , гасящие
качку.
Изобретен и такой волчок : его ось заключе­
на в специальной подвеске и может свободно
в ней вращат ься . Диск волчка раскручивается
электромотором . Это так н азываемый rиро­
скоп (рис . 10). Гироскоп, оказывается , может вы­
полнять роль компаса ! Если его сил ьно рас-
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
крутить, ось его прини­
мает направление зем­
ного меридиана , т. е.
будет направлена с юга
на север . Такой волчок
называется rиро1юмпа­
сом . У него ряд преим у­
ществ перед магнитным
компасом . В частности,
магнитные силовые ли­
нии Земли направлены
не строго по меридиа-
нам , и, следовательно ,
Рис. 10. гирокомпас
магнитная стреJi ка пе
с злектри чсск 11м при вод ом .
всегда правил ьно пока-
зывает север ИJIИ юг. Особенно это заметно
вблизи полюсо в Земли. Здесь-то лучше всего
пользоваться гирокомпасом .
Кстати, сама Земля - гигантский во.л чо1< ,
который делает один оборот за сут.1ш. Любо­
пытно , что вра щение Земли вок руг оси подвер­
жено прецессионным коле бали.нм , как будто бы
ее ось «тол кнулш>. Сол нце - тоже гигантский
вол чок; скорость вращени я его экваториаль ных
областей - один оборот за 25 дней и 9 часов.
По-видимом у, все звезды во Вселенной вра ­
щают ся вокруг своей оси, и пе тол ько звезды ,
но и зве здные скопления - туманности и га­
лактики .
Вращение физических тел распространя ется
не тол ько на космические тела, но и в г.1
1
убь ма­
терии, на молекулы , атомы и элемента рные ча­
ст ицы (электроны , протоны , нейтроны и т. д.) .
У элементарны х �дерных частиц это вращение
получило специальное название - с п и н (по­
английски to spin значит вращаться) . Мног ие
�войства вещества объясняются вращением
элемента рных частиц , атомов и молекул .
Глядя на кан бы неподвижный поющий
волчок , к ото рый так прочно сто ит , опираясь
на одну точку, вспомни, что он воспроизводит
явление , присущее всей природе .
•
ПО.ЛЕТ В КОСМОСЕ
ФОРМУ.JIA ЦИОе11КОВСКОГО
В 1903 г. в Петербурге была опубликована
статья Константина Эдуардовича Циолковского
«Исследования мировых пространств реактив­
ным и приборами» . В статье доказывалось , что
единственный летательный аппарат , способный
з•
проникнуть за атмосферу и покинуть Землю , -
это ракета . Циолковский разработал теорию
ракеты , дал ей математический расчет , ука зал
наиболее выгодное топливо для нее , произвел
расчет «ракетных поездов• (многоступенчатых
ракет) и пришел к выводу о целесообразности
искусственных спутников как стартовых пло-

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
86
щадок для ра1{ет , отп равл яющихся к планетам
солнечной системы .
Почем у же тол ько ракета может покинут ь
Землю? Давно утратили значение дирижабли и
воздушные шары - летательные аппараты лег­
че воздух а. Огромные , неуклюжие , боящиеся
ветра и с трудом поддающиеся уп равлению ,
они не годил ись для покорения воздушной сти­
хии. Но , может быть, на пих можно просто под­
няться ввысь и улететь, например , к Луне?
Нет , наполненный газом шар всплывает в
воздушном океане, как кусок дерева в воде .
На высоте нескол ьких десятков ки.тюметров
плотность воздух а падает , и шар ст ановится тя­
желее воздуха. А за атмосферой шару просто
не в чем плавать.
Люди давно пон яли это и принялись совершен­
ствовать летательные аппараты тяжелее возду­
ха - самолеты . Принцип планирования, скол ь­
жения по воздуху подсказали людям птицы , ко­
торые тоа\е тяжелее воздух а. Но крыло мож ет
быть поле зным тол ько в воздушной ст их ии. Jlе­
тательные аппараты , опирающиеся на подъем­
ную силу крыла, беспомощны в сил ьно ра зре­
женной атмосфере. Остается одно - обратиться
R реаRтивным двигателя м.
Выстрел из ружья соп ровождается отдачей .
Если бы вес пули равня.'Iся весу ружья, они
разлетались бы с од ина1ювой скоростью на
равные расстояния. Отдача произойдет и при
холостом выстреле , правда , значит ельно мень­
шая, но не потому, что струя пороховых га зов
оттолкнется от воздуха; отдача произош ла бы
и на Jlyнe, где воздуха нет.
Раска:1енные газы, вытекающие пз ракет.­
это мельчайшие частицы , имеющие массу и вес .
:Каждая молекула подобна пуле . Разница в
весе и в массе , между модекулоii п ракетой , ко­
нечно , огромна, но количест во непрерывно от­
брасываемых частиц га за колоссально , так что
скорость ракеты может прибли зиться к ско­
рости газов и даже превысить ее .
Отбрасываемые газы и со зд ают реа ктивную
силу, благодаря которой ракета мож ет двигать­
ся и в во здух е, и в безвоздушном прос транст ве.
Она как бы <ютт алкиваетсш от ст руи га зов. Чем
больше вес и скорост ь истекающих газов , тем
больше реактивная сила, толкающая ракет у.
Любая ракета состоит из корпуса, двигателя
и отсека с полезным грузом. Ббльшая часть
Rорпуса заполнена топливом. Двигатель в основ­
ном состоит из камеры сгорания и сопла, кото­
рому по ряду причин придается форма растру­
ба . Горючее мощет располагаться прямо в Rор­
пусе или в отдел ьных банах . Соп ло - это

выходное от верстие дл я га зов , образующихся
при сгор ании топлива .
Циошювский вывел математичес.к ую форму­
лу, позво.ляющую рассчитать максим альную
скорост ь, которую может развить ракета:
v=C·lnMi
= C·lnl.
М2
Эта скорость за в исит в первую очередь, конеч­
но , от скорости истечения га зов (с) из сопла
ракеты , а скорость га зов - от вида топлива и
температуры в камере сгорания. Значит , для
ракеты нужно наиболее калорийное топливо,
т. е . топливо , дающее при сгорании наибольшее
кол ичество тепла. И з формулы следует , что
скорост ь зависит также от начальной (М1) и
О б щая схема ракеты.
:кон ечной (М2) :массы ра�\еты , т. е . от того , ка­
кая ча ст ь массы ракеты приходится на горю чее ,
а ка кая на конструкцию - корпус , механизмы
управления , рули, камеру сгорания и сопло .
На формуле Циолковского зиждется весь
расчет современных ракет . Один из основных
элементов этой формулы - отношение общей
стартовой массы ракеты .к массе ракеты в конце
работы двигателя (Z) - в честь великого уче­
ногоназванчислом Циолковского.
Из этой формулы следует вывод : в безвоздуш­
ном пространстве скорость ракеты тем больш е,
чем бол ьше скорость истечения газов при той же
массе топлива и чем бол ьше отношение началь­
ной массы (веса) ракеты к конечной , т. е . число
Циолковского. Чтобы уменьшить коне чную
массу ракеты , Циолковский предложил раз­
бить ракету на несколько самостоятельных
ракет. Ракетный «пое зд» будет двигаться сначала
с помощью самой нижней ракеты , которая раз­
гон ит его до определенной скорости и после
того , как топливо выгорит , будет отброшена.
Втор ая ступень еще бол ьше увеличит скорость
и также отделится от ракеты . Масса (вес)
ракеты будет уменьшаться, а скорость - расти .
На первый взгляд может пока заться , что
выгодно делать в ракете как можно бол ьше
ступеней. Но расчет убеждает , что зто пе так:
после шести ступеней максимальная скорость
практически ост ается постоянной .
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
Циолковский, на много лет оп ередив своих
современников , предск азал на точном я зыке
математики, .как челове.к овладеет безбрежными
далями .космичес.к ого пространства. Он ук азал
.конкретный путь , по которому должна идти
техника межпланетных сообщений.
ОТ ОГНЕННЫ Х CTPEJI
ДО БАЛ.ЛИСТИЧЕСRИХ РARET
Первые ракеты были построены .китайцами
около двух тысяч лет назад. Это были «огнен­
ные стрелы» - небольшие бамбуковые труб.кн ,
набитые пороховой массой и з акрепленные на
палке , служившей стабилиз атором. Их приме­
няли для поджога .крепосте й и прот ив нонницы .
Иногда ранеты прикреплялись к стрелам, по­
дожженная ракета увеличивала дальность и по­
ражающее действие стреды. У ракет было и
мирное назначение : их з апускали в дни боль­
ших торжеств.
С течением веков китайцы перестали поль зо­
ваться ра.кетами , но в Индии продолжади приме­
нять ракеты как боевое оружие. Тут с ними впер­
вые и стол.кнулись европе йцы . Вп ечатление было
сильным : в Европе такое оружие было неизве­
стно - древние греки и римляне применяли
метательные орудия совсем другого типа. Их
катапульты использ овали упругую силу туго
скрученных волокон. Ба.11листа была еще про­
ще : огромны й лу.к , укрепленный: на деревян­
ной раме . Катапульта и баллиста просущест­
вовали в Европе вплоть до XIII в., т. е. до вто­
ричного и зобретен:Ия пороха, ногда на смену
.каменным ядрам пришли разрывные гранаты .
Командующий английскими войск ами в Ин­
дИ:и гене рал Конгрев , убедившийся в силе
ракет , вывез в Англию образцы и организ овал
их прои з водство. В первой половине XIX в.
реактивная артиллерия была принята на воору­
жение большинством европейсних государств .
Значительного раз вития этот вид оружия до­
стиг в русс.кой армии. Первые образцы русских
боевых ракет были созданы генералом А. Д . За­
сядно. Их применяли в 30-х годах XIX в.
в войне на Кав.казе и в войне с Турцией.
Ракета была легче и подвижнее пушки , да
и стоил а гор а здо дешевле. А по дальности
и точности огня гладкоствольная артиллерия
ненамного превосходила ра.кеты. Каз алось ,
будущее принадлежит ракете . Но случилось
иначе: на смену гл адкоствольным пушRам по­
явились нарезные орудия ; был и з обретеn бе з­
дымный порох , намного увеличивший дальность
37

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИ Я
и мощь огня артиллерии. Соперничать с мощ­
н ыми орудиями боевая ракета не м огла. К на­
чалу ХХ в. она была з абыта.
Н о ракета верн улась в строй. В начале
Великой Отечественной войны на полях сра­
жений проз вучал грозный голос советских
гвардейских минометов - (< Катюш )) . (< Катю­
ша» представляла собой ракету с бе здымным
порохом , в головной части ее укреплен боевой
за ряд . Несколько ракет од на за другой стартова­
л и при залпе по направ,1яющим полозьям - рель­
сам , установле нным на подвижном авто,1 афете.
Залп с нескольких автолафетов накрывал боль­
шую площадь , уничтожал живую cи.JJy и выво­
дил и з строя боевую технику врага.
Это оружие выз ваJ1 0 многочисленные по­
пытки подражания как у наших союзников , так
и в стане врагов .
Еще в 30-х годах , подготавливаясь к з а­
хватническ ой войне , фашисты начали работу
над созданием боевой ракеты на жидком топ­
Jrиве . Испытав на себе соt<руiпительные удары
Советской Армии , гитлеровцы удесятерили по­
пытки создать «новое секретное оружие» , с по­
мощью которого можно было бы выигра ть вой­
ну. Так появились реактивные самолеты-снаряды
дальнего действия (<Фау)>, которые обрушились
на Лондон.
Первый образец получи.J
J
наз вание Ф ау-1 .
Это была 8-метро вая воздушная торпеда ве­
сом 2,2 т с пульсирующим воздушно-реактив­
н ы м двигателем. Строго говоря , Фау-1 еще
нель зя наз вать р акетой. Это был самодет-сна­
ряд с небольшими крьшьями , да и скоростью
Фау-1 не превосходил лучшие истребители тех
лет . После первого замеш ательства английские
летчики научились расстреливать его в воздухе .
В 1944 г. в ночном небе появились пикирую­
щие со скоростью 1,5 км /сек ракеты Фау-2 . Это
была уже настоящая ракета. Без крыльев ,
с небольшим хвостовым оперением 12-метровая
сигара , снабженная жид1<остным ракетным дви-
Залп «Катюш » •
38
гателем , р а з вивала на некоторых участк ах
сверхз вуковую скорость и з абиралась на вы­
соту д о 100 км . Дальность ее доходила до
320 км . Если и з всех Фау-1 треть вообще
н е долетала до Ангдии и только треть доби­
ралась до Лонд она , то уже половина Фау-2
попадала в к руг радиусо�1 8-10 км .
Пoc.JJe создания атомной бо111Gы внимание
военных кругов Запада было обращено на страте­
гическую авиацию . Но к концу 50-х годов
у стр атегичес кой авиации появился могучий
соперник - межк онтинен т а льн ы е
баллистические ракеты.
Межн онтипент альная ракета , как правило,
многоступенчатая . В головной ее части р а з­
мещается боевой з аряд , поз ади него - прибо­
ры управления , баl\И и двигате ль. В з ависи­
мости от топлива стартовый вес ракеты может
в 100-200 раз превышать вес полезного груза.
Совре�1енная межк онтинентальная ракета -
огромное сооружение . Аме риканская ракета
«Атлас-С)> весит , например, 92 т при длине
в 30 м, т. е. дости гает высоты десятиэтажного
дома .
1-\онструкция ракеты должна отвечать ряду
требований. Например, необходимо , чтобы сила
тяги всегда проходил а через центр тяжести
ракеты . По мере сгорания топлива центр тя­
жести должен перемещаться строго по оси
симметрии ракеты , иначе она начнет откло­
няться от курса 1ш и вращаться. Приде ржи­
ваться 1\урса раnета может с помощью аэроди­
на111ических (обычных самолетных) рудей, а
в разреженной атмосфере - применить пред­
ложенные еще Циолковским газовые рули,
о тклоня ющие направление газовой струи. Но
аэродинампческие рули хорошо действуют только
в п.1отной атмосфере, а газовые делают­
ся из графита иш1 керамики и потому хруп ки.
1-\онструкторы пришли к выводу, что проще
поставить несколько дополнительных сопел с
регулируемой силой тяги или, что еще резуль-
тативней, поворачив ать сам дви­
гатель внутри р акеты . На аме­
риканской ракете , наприме р
построенной по проекту «Аван­
гард» , двигатель подвешивают
на шарнирах , и его можно от­
клонять в сторону от оси ра­
кеты на 5-7°. Автопил от сле­
дит з а курсом и, как только
поя вляется откл онение , дает
сигнал , который приводит в
действие так наз ываемые серво­
моторы . Они поворачив ают дви-

Схема многоступенчатой ракеты : 1 - кор­
пус первой ступени; 2 - корпус второй
ступени; 3 - корпус третьей ступени;
4 - поJJеаный груа; 5 - реактивный дви­
гатеJJь третьей ступен и; б - система уп­
равJJения ; 7 - бак со сжатым гааом;
s - бак с окисJ1итеJ1ем, 9 - бак с горю­
чим ; 10 - жидкостнореактнвный двига­
теJJь; 11 - сопло; .12 - насос ДJJЯ пода­
ч и топJJива; 1:1 - насос ДJJЯ подачи окие­
J1итеJ1я; 14 - газовая турбина, вращаю-
щая насосы.
.
'
гатель так , что его тяга направляется под уг­
лом к оси и ракета возвращается на правиль­
ный курс .
Каждая ступень ракеты р аботает в р а з­
личных условиях , которые и определяют ее
уст ройство. Мощность и время работы каждо­
го следующе го двигателя должны быть мень­
ше , а з начит , и конструкция может быть про­
ще . Двигатели баллистических ракет работ ают
как на твердом топливе - порохе , так и на
жидк ом. В качестве жидкого горючего обычно
применяют керосин , спирт , а также гидра зин,
анилин , а в качестве окислителей - а з отную
и хлорную кислоты, жидкий кислород , пере­
кись водорода. Как окислители еще активнее
фтор и жидкий озон, но они очень в з рыво­
опасны . Горючее и окислитель подаются к дви­
гателю под высоким давлением по раздельным
трубопровода м , впрысниваются в камеру сгора ния,
смешиваются и , сгорая, вырываются из сопла .
Наиболее ответственная часть ракеты
двигатель, а внем- камерасгорания
ПОЛЕТ В КОС МОС Е
Некоторые типы современных боевых ракет .
и сопло. Их и з готовляют из особо жаропроч­
ных материалов и в них применяют сложные
методы охлаждения , так как температура при
сгорании топлива доходит до · 3500°. Обычные
счши и сплавы не выдерживают такую жару.
Сложны и агрегаты, обсл уживающие дви­
гатель; например, насосы , которые подают го­
рючее и окислитель к форсункам камеры сго­
рания , уже в ракете Фау-2 были способны
перекачивать 125 кг топлива в секунду. Часто
вместо насосов применяют баллоны со сжа­
тым воздухом или д ругим газ ом, который выте­
сняет горючее и з баков и гонит его в камеру
сгорания .
Запускается балшютичес1(аЯ ракета со
стартового устройства. Частоэто
металлическая мачта или башня , около которой
ра1.;ету собирают . Площадки на башне разм�­
щаются против смотровых люков , через кото­
рые проверяют и налаживают оборудование .
После наладки ракету з аправляют топливом
и башня отъез жает . Ракета остается стоять на
39

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Наладка боевой ракеты.
40
«столе» - массивной железобетонной- плите , в
центре которой сделан канал для равномер­
ного отвода газовой струи.
Чтобы обеспечить безопасность и неуяз­
вимость боевых раRет , все стартовое устрой­
ство размещают иногда под зеJ1;iлей, в стволе
вертикальной шахты. Почти так ще неуяз­
вимы. ранеты подводных лодон , ста ртующие
и з-под воды .
Подводный старт ракеты - величественное
зрелище. Ровная поверхность моря вдруг начи­
нает бурлить , и вот возникает бурун - кло­
кочущий холм и з белой пены. Из его центра
стремительно вылетает длинный блестящий
корпус ракеты . Еще мгновение - и бурун осел ,
вместо него в воде образуется воронк а, кото­
рую роет столб пл амени , рвущийся и з сопел
ракеты ...
По поверхности воды р асполз аются бурно
растущие клубы дыма, а ракета сначала мед­
ленно, как бы нех отя , а потом все стреми­
тельнее вертикально устремляется в небо. Ре в
двигателя затих ает , и одновременно тает в воз­
духе пламя - след огненного хвоста . ..
По з аранее рассчитанной траектории раке­
ту ведет система управления . Одн а з а другой
сбрасываются от работавшие ступени, и, когда
подается команда о выключении последнего
двигате.11я , головная часть р анеты уже приоб­
рела з аданные скорость и направление . Даль­
ше ракета летит по инерции , описывая почти
строго эллиптическую траекторию. Значитель­
ная часть траектории проходит там , где сопро­
тивление воздуха праRтически отсутствует , -
на высоте больше тысячи километ ров над
Землей.
Первый запуск межконтинентал ьной бал­
л истической ракеты был осуществлен в СССР
в августе 1957 г. Пройдя несколько тысяч ки­
лометров , р акета попала точно в з аданный
район. Неодн ократные запуски наших меж­
континентальных ракет в район Тихого океан а
поRаз али исключительную точность систем на­
ведения . П ролетев около 12 500 км , предп ос­
ледняя ступень ракеты отклонялась от р асчет­
ной точки всего на несколько километров .
Стратегические ракеты з а 30 -35 минут покры­
вают расстояние свыше 10 тыс . км - совре­
менному бомбардировщику на это потребу­
ется минимум 10 часов. Чтобы лучше предста-
1 Автомат ическая космическая станция исследует
одну 11з планет , п роходя вблизи ее поверхност и •
�а� м��:о
р
п�:д��авить себе мягкую посадку косми­
ческой ра11еты на поверхность далекой планеты .
..
..
.

вить себе скорость полета современной ракеты,
достаточно сказать , что она более чем в 10 раз пре­
вышает начальную скорость пушечного_снаряда!
ИСС.ЛЕДОВАТЕ.ЛЬСКИЕ РАКЕТЫ -
ОРУДНЕ Н,<\.УКИ
Еще в 20-е годы ученые нашей страны
начали создавать ракеты для исследования
атмосферы. В 1933 г. была запущена первая
ракета с жидкостным двигателем.
С 1949 г. у нас регулярно ведется исследо­
вание атмосферы метеорологическими ракета­
ми. В 1957 г. такая ракета вызвала восхищение
всех участников Международной конференции
ученых-метеорологов .
:Метеорологической ракете практически не­
з ачем подниматься выше 90 км . Для изучения
же фи зики верхних слоев атмосферы приме­
няют специальные исследовательские ракеты.
Это более «солидные» аппараты. Они должны
подняться как можн о выше и получить данные
обо всех слоях атмосферы и даже о з аатмосфер­
ном пространстве .
На первых ракетах исследовательская ап­
паратура весила всего 120-130 кг. Ракета ,
стартовавшая в мае 1957 г. , несла на борту
аппа ратуру весом уже в 2200 кг и поднялась
на высоту 212 км .
В феврале 1958 г. мощная советская р а­
кета несл а более полутора тонн научной аппа­
ратуры , достигла высоты 473 км и установила
мировой рекорд высоты для одноступенчатых
ракет . В течение всего полета ракета ста­
билизироnалась специ альными устройствами,
к оторые не давали ей вращаться. Это увели­
ч ило точность измерений ; их ре з ультаты не­
прерывно передавались по радио или з аписы­
вались на магнитную пленку.
Большая грузоподъемность советских ракет
поз волила , кроме аппаратуры , поднимать и
подопытных животных. :Контейнер с жи вот­
ным снабжали устройством для регенерации
(вос
с
тановления) состава воздуха , киноаппа­
ратом и приборами , контролирующими пове­
дение животного в полете .
На первом этапе этих опытов герметическ ая
кабина с собакой спускалась на парашюте
с высоты 100-210 км . Исследования показали,
чт о ускорения , возникающие при взлете р аке­
ты и при вхождении кабины в плотные слои
атмосферы, жив отные переносят без вреда для
себя . Т ак же перенесли они и состояние не­
весомости, которое длил ось 6 минут .
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
Старт стратег ической ракеты.
Второй этап исследований должен был дать
ответ на более сложный вопрос : сможет ли
жnв отное покинуть ракету на большой ско­
рости и большой высоте? Ученые разработали
герметические кабины и скафандры, в которых
автоматически подде рживались необходимое
давление воздуха и нужное содержание кис­
лорода. В нихживотные катапульти­
р о в али с ь, т. е. как бы «выстреливалисы,
с высоты до 110 км при скорости полета 1-
2 км /сек. :Катапультирование произ водилось в
наиболее сложных условиях: на нисх одящих
траекториях и даже во время беспорядочного
падения ракеты . Опыты уд ались . Даже у тех
животных , которые поднимались в верхние
слои атмосфе ры несколько раз , не обнаружено
никаких вредных последствий от такого при­
з емления .
Ракеты нужны для исследования атмосферы,
даже если существуют искусственные спут-
41

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
пики Земли. Спутник
летит , как правило, зна­
чительно выше 200 км ,
поэтому сл ои, лежащие
ниже его орбиты , оста­
ются
неизученными.
И роме того , ракеты поз­
воляют сдел ать «высот­
ный разрез)> атмосферы ,
т . е . провести наблюде­
нияводноитожевремя
н а разных высотах. Ра­
кетные
исследования ,
искусственные спутни­
ки, а также изучение
ионосферы радиометода­
ми в з аимно дополняют
д руг друга .
Программа Между­
народного
геофиз иче­
ского года предусматри­
вала · обширные ракет­
ные исследования . Раке­
ты стартовали в средних
широтах , и с Заполярья,
Исследовательска я ракета .
с Земли Франца-Иоси фа,
и в Антарктиде , где пер­
вая ракета была з апущена с зкспеД иционного
судна «Обы. Все зт о дало возможность накопить
ценнейшие сведения о физических явлениях в
верхних слоях атмосферы и сделать интересные
биологические наблюдения .
II ЕРВЕНЦЫ КОСМОСА
4 октября 1957 г. на Земле началась кос­
мическая зра. Советская ракета превысила пер­
вую космическую скор ость и вывела на орбиту
первый искусственный спутник Земли. Вес его
был сравн ител ьно мал , но его знаменитые
поз ывные «бип-бию> разнеслись по всей пла­
нете . В те нез абываемые дни блестящий ме­
таллический шар с усиками антенн стал симво­
лом человеческого гения .
Первый спутник весил всего 83 ,6 кг, н о
вывести на орбиту его могл а только огромная
ракета невиданной до той по.ры мощности.
Последняя ступень космическ ой ракеты со­
ставляет 4-5 % ее общего веса, а вес самого
спутни ка должен быть в несколько раз мень­
ше . Если увеличить его вес только на 1 кг,
то ракета должна стать тяжелее на 250-300 кг.
Тем з начительнее успех советских ученых и
инженеров , запустивших второй спутник ве-
42
сом более 500 кг, а третий - свыше 1ЗОО кг!
Вес наших спутников красноречивее вся­
ких слов свидетельствовал , что была создана
и уд ачная :конструкция баллистической ракеты ,
и мощные , но в то же время легкие двигатели,
найдено прекрасное топливо и раз работана
точнейшая систеl\fа управ .11 ения .
Наш первенец был одет в легкий «костю1Ф>
из алюllfиниевых сплавов. Защитная оболочRа
спутника прежде всего должна быть достаточно
прочной , чтобы пред охранить приборы от гроз­
ного врага - метеоритов .
Когд а спутник освещается Солнце м, он
сильно нагревается ; когда находится в тени,
ре зко охлаждается . Разность темпе ратур мо­
жет достигать примерно 1()()0• А ведь для при­
боров необходим нормальный тепловой режим.
Это не только сложная , но и совершенно новая
з адача . И ее решили! Поверхность оболочки
спутника обработали так , что она отражала
основную массу солнечных лучей, а в тени
не давала теплоте спутника и злучаться в про­
странство. Чтобы распределить теплоту по все­
му спутн ику равномерно, его з аполнили а з о­
том. При помощи вентиляционных устройств
азот циркулировал между приборами и обо­
лочкой, нагреваясь у более теплых частей и
отдавая теплоту более холодным .
На первом спутнике были уст ановлены два
р адиопередатчика. Обычные любительские при­
емники принимали их сигна.1
1
ы на расстоянии
в сотни и даже тысячи километров . Эти сиг­
налы не только рассказывали, где именно нахо­
дится спутник и какова траектория его полета.
Едва приметные и з менения частоты и длитель­
ности сигналов сообщали ученым о том , что
происх одит со спутником , и в первую очередь
о величине и колебаниях температуры внутри
его оболочки.
Первый иску сствен·
вый спутник Земли.
Для сложных приборов , особенно для си­
стемы терморегулирования и д вух передатчи­
ков, нужны были достаточно мощные , а зна­
чит , и тяжелые источники питания . Позтому
много места и, очевидно , веса был о отведен о

Первый космический пассажир - Лайка - в раскрытом
контейнере.
батареям химических источников электропита­
ния . Они иссякли примерно через 20 дней,
и сп утник умолк .
Запуск второго спутника 3 ноября 1 957 г.
ознаменовал новый этап разведки космическ ого
пространства: была создана заатмосферная науч­
ная лаборатория со сложной аппаратурой и
живым существом - собакой Лайкой.
Сам контейнер с собакой весит не так уж
много, но живому сущест ву нужна подходящая
температура , свежий воздух , питание , и, чтобы
сн абдить его всем эт им , нужны сложные уст­
ройства. Автоматические приборы вовремя про­
ветривали ионтейнер, перемешивали воздух ,
подде рживали нормальную температуру, кор­
мили и поили собаку и уд аляли продукты жиз­
недеятельности животного. Вмест о тяжелых
баллонов с жидким кислородом в контейнер
поместили высокоактивные химические соеди­
нения , выделяющие кислород . Другие соеди­
нения погл ощали избыток водяных паров , угле­
кислоту и аммиак. Так , в кабине с помощью
особых устройств-системы регене­
рац·ии
-
поддерживалось содержание кис­
лорода в пределах 20 -40 % , углекисл ого га­
за - не выше 1 % и обеспечивалос
'
ь нормаль­
ное атмосферное давление . Первое космическое
жилье оказалось надежным и уд обным.
Лайка был а обеспечена и едой и питьем.
Воду в состоянии невесомости нель зя налить
в блюдечко: она соберется в шар и будет ви­
се ть в воздухе или растечется , смачивая стенки .
Из ре зервуара ее нужно выдавливать. Если
прост о положить пе ред Лайкой мясо , оно нач­
нет свободно перемещаться по всему контеi!:­
неру, а если собака ст анет прыгать за мясом,
она разоб�ется о стенки или потолок. Поэтому
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
движения Лайки ограничили, а поили и кор­
мил и ее специальные приборы по расписанию.
В корпусе ракеты расп олагались также
приборы для изучения космическ их луче й и
основная часть источников эне ргии . Одно лишь
помеще ние для собаки со всеми вспомогатель­
ными приборами и механизмами требовало
значительного
количества
эл ектроэн ергии.
Кроме того , батареи должны были питать
физические изме рительные приборы и аппара­
туру телеметрии . Поэтому мощные передатчик и,
расходовавшие мног о энергии , перест али рабо­
тать на втором сп утнике гораздо быст рее , чем
на первом .
15 мая 1958 г. на орбиту вышел третий
советский искусст венный спутник Земли. Га­
зеты все го мира запестрели волнующими заго­
ловк ами : «Красн ая луна весом в полторы тон­
ны» ; «Россия выст релила гигантск им спутни­
ком»; «Спутник в ст о раз больше нашего» . Этот
новый блестящий триумф советской науки -
яркое свидетельст во неоспоримых успе хов
прежде всего нашей ракетной техники и радио­
электроники.
Третий советсRий спутниR принципиально
ничем не отличался от первых двух . Но с тех­
нической и научной точки зрения эт о был
огромный шаг впе ред . Прежде всего были под­
няты в космос и выведены на орбиту 1327 кг
полезного веса (вес автомобиля «Вол га»). Ор­
бита сп утника охватывала еще большую часть
околоземного прост ранства; сразу после запу­
ска высш ая ее точка находил ась в 1880 км над
Земле й - в два раза· выше , чем у первого
спутника.
Каждый новый спутник , даже самый ма­
ле.е:ький, обогащает науку. Но для фундамен­
тального изучения Rосмическ ого простр анств а
единст венное радикальное средство - эт о ис­
кусст венные спутники большого веса . Третий
советский спутниR, большой и тяже лый, вме­
стил в се бя приборы для измерения давления
и ионного состава воздух а, концентрации поло­
жительных ионов , напряженности магнитного
поля , интенсивности корпускулярного излу­
чения Солнца и другую а ппаратуру. Все эт о
могло быть поднято в Rосмос благодаря огром­
ной мощности ракеты .
Для вычисления координат любых спутни­
ков используют эле ктронно-счетные машины .
Данные с наблюдательных пунктов передаются
в
общий
Rоординационно-вычислительный
центр, там их автоматически вводят в Gыст ро­
де йст в ующие счетные машины , которые и вы­
числяют осн овные параметры орбиты . Слож-
43

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Третий
советский
спутник.
ный комплекс электронных и радиотехниче­
ских устройств обеспечивает быстрое и точное
определение координат летяще й лаборатории.
ЗAllYCK СПУТНИ КОВ В США
31 января 1958 г. , через четыре месяца
после запуск а первого советского спутник а,
с полигона на мысе Rанаверал (ныне мыс Rен;
неди) стартовала 30-тонная ракета. Ее чет­
вертая ступень с приборным отсеком стала
первьш американским спутником.
Свой первенец американцы назвали «Эксп­
лорер» (<1ИсследователЫ>) . Это был тонкий ме­
таллический цилиндр, похожий на артилле­
рийский снаряд , длиной 2 мидиаметром 15 см .
Весил спутник чуть больше 13 кг, а его науч­
ные приборы - 4,5 кг. <1 Эксплорер» нес на
борту два слабых радиопередатчика, счетчик
Гейгера для ре гистрации космических лучей,
те рмопары дл я измерения внутренней и наруж­
ной температуры , пьезопластиню1 для реги­
страции метеоритов и батареи эле.ктропитания ,
которые должны были обеспечить двухнедель­
ную работу одн ого передатчика и двухмесяч­
ную работу другого.
Второй аме риканский спутник весил всего
1,5 кг и предст авлял интерес в основном для
конструкторов ракеты ((Авангард )> , доказав­
ших , что эта ракета все-таки J\fожет вывести
спутник на орбиту. Третий спутник был точ­
ной копией первого , правда, весил он на 600 г
больше. Лишь восьмой а111ери.канский спутник
имел ощутимый полезный вес - 67 ,5 кг, но и он
не превысил размеры первого советского спутника.
В 1964 г. , создав мощную ракету-носитель
(<Сатурн)> , американцы смогли, наконец, вы­
вести на орбиту два многотонных спутни.к а.
АВТОМАТ ИЧЕСКИЕ
МЕЖПЛАНЕТНЫЕ СТАНЦИИ
2 января 1959 г. наша страна изумила мир
новым поразительным достижением: была запу­
щена ракета в сторону Луны.
Пробив в вертикальном полете наиболее
плотные слои земной атмосферы, ракета стала
постепенно отклоняться от вертикали , выходя
на заданную ей траекторию . В конце участка
разгона последняя ступень ракеты набрала
расчетную скорость и автоJ\fатическая система
управления выключила ракетный двигатель.
Скорость ракеты расходова лась на то , чтобы пре­
одолеть притяжение Земли. На высоте 10 ООО к.м.
эта скорость упала до 3,5 км /сек и продолжала
уменьшаться , пока не начала снова расти
под влиянием возраст ающего притяжения
Луны.
Через 34 часа полета, пройдя 370 тыс . км,
ракета пересекл а орбиту Луны и. вышла в меж­
планетное пространств о. Так как 2 января
Лун а находилась впереди Земли с внутренней
стороны ее орбиты , ракета, миновав Луну ,
некоторое время также находилась внутри ор­
биты Земли. Внутри земной орбиты ракета
пробыла больше двух месяцев и прошла около
900 млн . км. Затем она пересекл а земную
орбиту и стала первым искусственным спутни­
ком Солнца , двигаясь вокруг него со ско­
ростью 32 км/сек. Плоскость орбиты этой llfа­
ленькой <шл анетьн> почти совпадает с плоско­
стью орбиты Земли. Но орбита новой <шл анетьш
не так симметрична относительно Солнца , как
орбита Земли ; приближаясь в перигелии (бли­
жайшая к Солнцу точка орбиты) на 146 мл н. км,
она в афелии (наиболее далекая от Солнца
точка орбиты) удаляется на 197 млн . км.
Искусственная планета подх одит в четы ре
раза ближе к Марсу , чем Земля ,- до Марса
остал ось бы лететь всего 15 млн . K.Jlt. Стоит еще
немного вытянуть орбиту этой новой планеты ,
и она дойдет до орбиты Марса. Это означает ,
что советские ученые уже тогда могли обеспе­
чить такую скорость , которая необходима для
полета ракеты к Марсу или к Венере .
Орбиты ЗеJ\fЛИ и .м аленькой <шл анеты» пере­
секаются . Значит ли это , что они могут встре­
титься? Новая «планета» обращается вокруг
Солнца мед.Леннее , чем Земля. Так как ракета
и Земля движутся вокруг Солнца с разными
скоростями, расстояние между ними будет то
увеличиваться , то уменьшаться . Если бы на
полет ракеты влияло только притяжение Солн­
ца , то , облетев вокруг него по :эллипсу, она
вернулась бы в ту же точку и встреча ее с Зем­
лей
.
была бы возможна. Но так как ее уже от­
клонила Луна, а в дальнейшем ее движение ,
.как говорят астрономы , будет подвергаться
возмущениям под влиянием других планет,
она уже не ве рнется к месту старта.

Эта ракета был а оснащена научной и изме­
рительной аппаратурой: и имела 4 мощных
радиопередатчика . Все приборы и батареи электро­
питания были размещены в шарообразном контей­
нере , установленном в носовой части последней
ступени ракеты .
l\огд а кончился участок разгона ракеты ,
автоматика выключила двигатель последней
ступени и подала сигнал об отделении контей­
нера от ракеты. Специальный механизм вытолк­
нул контейнер впе ред . Толчок был не очень
СИJIЫ1ым, контеi'ше р отдалился на небольшое
расстояние от ракеты , и они продоткалп свой
путь по намеченной орбите . Этот контейнер и
стал спутником Солнца .
Отделить контейнер от ракеты нужно было
для того , чтобы исключить влияние ее металли­
че ских конструкций на показания прибора ,
предназначенного для измерения магнитного
поля Луны . l\орпус последней ступени ракеты
мог бы стать пом ехой и в работе антенн , так как
для ультракоротких волн (1 ,6 м) он оказался
бы экраном и создал бы своеобразную радио­
тень. Приборы нужно защищать не только от
метеоритов, но и от резких колебаний темпе­
ратуры ; если контейне р не отделить от ракеты ,
пришлось бы регулировать температуру и ее
корпуса.
12 сентя бря 1959 г. в нашей стране была
запуще на в сторону Луны вторая космическая
ракета. l\онструкцией и оснащением она была
похожа на свою предшест­
венницу . В приборном кон­
тейне ре ракеты находился
вымпел с изображением
Герба Советского Союза.
Он был доставлен на Лу­
ну как памятник велико­
му подвигу советского на­
рода , проложившего чело­
вечеству путь в косм ос.
Чтобы составить себе предст авление о сте­
пени точности , которую необх одимо было вы­
де ржать при запуске этой ракеты, достаточно
привести несколько цпфр. Ошибка в скорости
ракеты всего на 1 м/сек, т. е. на 0,01 % от вели­
чины полной скорости , от1шонил а бы точку
встречи с Лу ной на 250 км. Если вектор ско­
рости откл онился бы от расчетного направ­
ления на одну угловую минуту, точка встречи
сместил ась бы на 200 км. Существенно влияли
на точку встречи и координаты места, где дви­
гатель был выключен. И наконец, опоздание
со стартом на 10 сек отклонило бы точку встре­
чи также на 200 км. То, что ракета успеш-
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
но достигла Луны , убедительно свидетельство­
вало о том , что 1\ этому времени наша страна
располагала не только самыми мощными в мире
ракетами, но и самой совершенной системой
автоматического управления .
Прошло 20 дней, и в Советском Союзе во
вторую годовщину запуска первого спутник а
была запуще на третья космическая ракета.
•<Луна-3>• весила 2,5 т. На этот раз ракета,
оснащенная
фототе.'lевизионной
аппаратурой,
обогнула Луну и вернулась в район Земли.
Эта станция весила 278 ,5 кг. Она сфотогра­
фировала и передала на Землю фотографию
невидимой нам стороны Луны (подр обнее об
этом полете см. в т. 2 ДЭ, в ст. •<Человек вы­
шел в КОСМОС» ) .
Полеты к Луне продолжаются . В 1965- . 1 966 гг.
на советских станциях •<Луна-6>•, •<Луна-7>•, (( Лу­
на-8>•, достигших поверхности Луны , отрабаты­
валось взаимодейст вие устройств, обеспечивающи х
мягкую посадку на эту планету . •<Луна-9>• совер­
шшш мягкую поса дку и передала первые дета.'lь­
ные снимки лунного ландшафта.
Дальний космос начали изучать в нашей
стране с автоматической станции (<Венера-1>•.
Затем был запущен (<Марс-1>•. Сейчас изучение
ведет ся станциями типа (<Зонд-1>•. Все они стар­
туют с тяжелых спутник ов , выведенных на про­
м ежуточную орбиту. В этих полетах отрабаты­
ваются различные системы станций в условиях
длительного пребывания в космосе: системы
ориентации и коррекции полета , радиосистемы,
обеспечивающие передачу многочисленных сооб­
щений через громадное космическое расстоя­
ние . !\роме того , накапливается опыт в фотогра­
фиров ании пл анет и проводятся научные иссле­
дования .
18 июня 1965 г. была запущена в направле­
нии к Марсу автоматическ ая станция •<Зонд-3>•.
Она оснащена аппаратами для изучения кос­
моса , проверки новых систем ориентации , от ­
работки плазменных двигател ей , испыта ния
различных металлов , сплавов и пластмасс п ри
воздействии космическ ого пространства .
Проходя мимо Луны , станция сфотографи­
ровала на ее невидимой стороне те уч астки ,
которые не попали в снимки 1959 г. Траекто­
рия полета мимо Луны была выбрана так ,
чтобы лунная поверхность находилась в опре­
д еленных условиях освещенности , когда горы
отбрасывают большую тень .
Ст анция начала фотографировать Луну с рас­
стояния в 11,5 тыс . км, а закончила на
расстоянии в 9,9 тыс . км. Наибольшее ее при­
ближенИ:е к Луне - 9,2 тыс .· км . Метод фото-

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
«Луна-3».
графиров ания был такой же , какой приме­
нялся на станции «Луна-3», но передача шла
с разложением кадра на 1100 строк (в обычном
телевидении чет1.-ость соответствует 500-600 стро­
кам) .
С «Зонда-3» бьшо получено 25 снимков .
Качеством эти фотографии не уступают лучшим
снимкам вид и мой стороны Луны , получае­
мым с помощью телескопа на наземных обсерва­
ториях .
Астрономы , изучив снимки, оценил и коли­
чество и размеры кратеров и «морей». Выводы ,
сдел анные на основании снимков 1959 г.,
подтвердились: на обратной стороне мало
«морей )> и вся она более светлая и гористая.
Вдоль гигантских трещин расположены цепоч­
ки кратеров . Таких образований на видимой
стороне Луны нет .
16 сентября на «Зонде-3)> была проведена
коррекция полета . Система астронавигации со­
риентировалась по Солнцу и звезде Канопус
и развернула с танцию в заданное пол ожение.
По команде с Земли был включен двигател ь,
и направление полета изменилось , как и было
предусмотрено .
Зондирование космоса продолжается . Пос­
ланцы чел овеческого ра зум а все дальше про­
«3овд-3» в момент фото­
rрафирования Луны.
46
ник ают в космос и под­
готовляют пути дл я по­
л етов человека .
Разведку Луны ве­
дутивСША.Вмарте
1959 г. ракета <(Пио­
нер-IV )) прошла на рас­
стоянии 60 ООО к.м от
Луны ( вместо расчетных
25 ООО км) и вышла на
орбиту вокруг Солнца .
Из девяти попыток за­
пуска ракет к Луне по
проекту «Пионер» толь­
ко две увенчались отно­
сительным успехом. Бо­
лее удачными были за­
пуски двух аппаратов
<(Рейнджер)>
(«Страннию>) .
«Ре йндже р-III)>
упал на обратную сторону Луны, причем вся
радиоапп аратура вышла из строя задолго до
этого. «Рейнджер-IV» сфотографироваJI Луну,
но снимки оказались не годными. И только
полеты «Peliнджep-VII» и «Рейнджер-VIII)> увен­
чались успехом . Сближаясь с Луной, а ппа­
раты беспрерывно вели телевизионную съемку
и передавали на Землю изображение .'Iyннoii
поверхности. «Ре йнд11\е р-V11)> падал на Луну
со скоростью 2 к.л�!сек. Его телеl\амера схва­
тывала все более мелкие детали - отдельные
вершины, глыбы, т1эещи ны. Пот ом у же сни�1-
ки, пе реданные на Землю , были смонтирова­
ны в виде юшоленты. И ученые , просматри­
вая этот фильм , получили полную и ллюзию ,
будто они сами падают на Луну. Ракета упала
и разбилась. Но в последние моменты работы
ее телек аме рами можно было различить на
поверхности Луны детали размером около 50 .м.
К ВЕНЕРЕ И МАРСУ
Советские ракеты приобрета ют все большую
и большую мощность , а вместе с эт им растет
и возможность познавать окружающее нас кос­
мическое пространство. Ракета-носитель вто­
рого советского спутника могл а бы доставить
на Луну груз в несколько нилограммов , а уже
через два года 1\ Луне была послана автомати­
ческая межпланетная станция ( АМС) «Луна-3» с
общим весом ракеты 2,5 т.
Но не только мощность двигателей опреде ­
ляет возможн ости космических кораблей , не
менее важно совершенствовать систему управ­
ления . Оно должно быть чрезвы:чайно точным.
Если полет ракеты рассчитан на 8- 10 км/сек,
ошибка в скорости даже на несколько метров
в секунду считается недопустимой. Также
недопустима и ош ибна на доли градуса в направ­
лении полета. Но мало эт ого. Чтобы посл ать
к Марсу или к Венере насыщенную прибора­
ми автоматическую станцию , нужно увеличить
мощность ракеты или резко усложнить схе­
му старта, т. е . стартовать со спутник а, как
предлагал еще Циолковский.
Эта задача была блестяще решена советски­
ми учеными и инженерами . 12 февраля 1961 г.
с тяжелого спутника, выведенного предвари­
тельно на орбиту вокруг Земли, стартовала
космическая ракета с автоматической станцией
<(Венера-1)>. Когда ракета достигла заданной
точки пространства с заданными направлением
полета и скоростью , ее двигатель выключили.

В тот же момент автоматическая ет анция от­
делилась от ракеты и начала свой свободный
полет к Ве нере.
Смысл такого сложного запуска в том , что
затр ата энергии на полет ракеты зависит от
ге ографической широты , на кото рой дан старт.
Запуск ракеты с промежуточной орбиты позво­
лил выбрать оптимальную (наивыгоднейшую)
точку старта , а эт о дало возможность умень-
1
«Венера-1>>.
шить вес топлива и соответственно увеличить
вес станци и.
1\роме того, в этом случае ракета может до­
статочно дол го находиться на круговой орбите.
При нратко временном наблюдении удаляющей­
ся ракеты даже электронно-счетная машина
не может достаточно точно вычислить ее ор­
биту. Если же ранета сделает до старта не­
сколько витков , можно провести достаточное
количество измерений ее пол ожения в прост­
ранстве и по ним вычислить орбиту ракеты
с очень больш ой точностью. Тогда и оптималь­
ная точк а старта с орбиты будет определена
точнее .
При подх оде к выбранной оптимальной точ­
ке тяжелый спутник был стабилизирован -
«успок оен» ; система ориентации так развер­
нул а его , что ракета приняла положение , соот­
ветствующее направлению старта. В точно рас­
считанной точке пространства включился дви­
гатель, и с плывуще го в состоянии неве�омости
космического «ракетодрома» стартова.11а ракета,
несущая к Венере автоматическую станцию
весом 643,5 кг .
Орбита Венеры проходит между орбитой
Земли и Солнцем. Поэтому ракета должна ста-р­
товать в сторону, противоположную днижению
Земли, т. е . уменьшать свою скорость , чтобы
«падать» в сторону Венеры.
Через каждые 5 дней проводились сеансы
свя зи со станцией, было получено мн ого новых
све дений об околосолнечном пространстве . 27 фев­
раля 1961 г. ,ногда наступил о время оче редного
сеанса, войти в связь по неизвестной причине
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
не уд алось . 19 -21 мая станция прошла при­
мерно в 100 тыс . км от Вене ры и стала искус­
ственной планетой - спутником Солнца.
Из ближайших планет , кроме таинственноii:
Венеры, покрытой сплошным облачным покры­
валом, наибольший интерес всегда вы зывад
Марс. В сил ьные телескопы можно увидеть на
Марсе белые полярные шапки , линии «каналов»
и огромные различно окрашенные области.
Окраска и форма пятен на Марсе изменяются
в зависим ости от времени года . Новейшие
спект рографические исследования дают воз­
можность предпола гать , что на планете во·1 -
можно существование живых орга низмов.
Разгадать тайны Марса, тольно наблюдая
его в телескоп , нельзя . Нужны полеты ракет.
1 ноября 1962 г. в Советском Союзе была
запущена автоматическая межпланетная стан­
ция <(Марс-1 » . Полет был осуществлен тем же
способом , что и при запуске станции к Венере .
Только орбита ее была иной. (Возможные ор­
биты полетов к Марсу описаны в т. 2, в ст.
«Человек вышел в космос» .)
Осуще ствить полет к Марсу было сл ожнее,
чем к Венере, из-за большего расстояния до
Схема старта космической ракеты с окоJ1оэемной орбиты.
планеты , да и вес станции был больше -
893,5 кг.
Первые космические станции, начавшие ис­
следовать околосолнечное пространство ,- это
полностью автоматизированные космические
роботы. Они умеют регулировать температуру
вн утри приборных отсеков, разворачиваться
и лететь в определенном положении , ориен­
тируясь на Солнце или какую-либо звезду,
направлять свои радиоантенны к Земле, а сол­
нечные батареи - к Солнцу. В сторону иссле­
дуем ой пл анеты станция направляет объективы
47

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
фотоаппаратов и телевизионных Rамер, антен­
н ы радиотелескопов и исследовательских радио­
локаторов и щупальца других приборов . Стан­
ция может , получив Rоманду с Земл и, запом­
нить ее и выполнить в заданное время . По
Rом анде с Зel'IIJIИ на расстоянии в сотни миллио­
нов километров на таRой станции можно вRлю­
чить реа ктивный двигатель и тем самым подпра­
вить орбиту, чтобы станция подошла ближе R
заданной планете .
«Марс-1» оснастили обширным Rомплексом
аппаратов. Телевизионное устройство долж­
но был о получить снимки с поверхности
пл анеты, спеnтрорефлексометр - обнаруживать
органические покровы, спеRтрограф - изучить
полосы погл ощения озона в атмосфере М арса,
магнитометры - обнаруживать магнитные по­
ля Марса и измерять магнитные поля в Rосми­
ческом пространстве . Кроме того , на станции
были два вида счетчиRов космичесних частиц,
радиотелескоп , чтобы изучать космичесное
радиопзлучение,
протонные
ловушни
и,
на1юнец , датчюш для регистрации минроме­
те оритов .
Корпус станции состоял из двух ге рметич­
ных
отсеков - орбитального и планетного.
В первом была аппаратура, работающая во
время полета к Марсу; во втором - научные
приборы , которые должны были вю1ю читься
в непосредственной близостц от планеты . Авто­
матическая станция напоминает огромного жу­
ка, раскинувшего во все стороны Rрылья сол­
нечных батарей, усы и зонтики антенн, ш а ры
ионных ловушек и трубки ма гнитометров.
Блестят зрачки-объективы фототелевизионной ап­
паратуры и корпуса других приборов . Этот
«жук» ощетинился своими усами сразу же пос­
ле отделения от ракеты , стартова вшей со
спутника.
48
Наибольшую нагрузку на станции несли при­
боры орбитального нонтейнера . Система ориента­
ции обеспечивала такое положение станции,
чтобы сол нечные бата реи все время пол учали
энергию от Солнца .
Сложная жидкостная система терморегули­
рования состояла из теплообменник ов , распо­
ложенных внутри отсеR ов , и полушарий-радиа­
торов вне Rорпуса станции . Разноцветные по­
лосы полусферических радиаторов - это раз­
личные покрытия бачков , по-разному отражаю­
щие солнечные лучи , а значит , и по-разному
нагреваемые Солнцем . В завпсшюсти от тем­
пературы
внутри станции нагнеталась из
внеш них радиаторов во внутренние холодная
или теплая жидкость . Переданные из космоса
измерения свидетельствовали о том, что в
ст анции поддерживалась практически «комнатнаю>
температура: 20 -30°.
Напряженно работал радиоRомплекс стан­
ции . С Земли шли десятки радиосигналов , ко­
торыми последовательно включались те или
иные приборы. Три радиопередатчик а, работаю­
щих в метровом (1 ,6 м) , дециметровом (32 см)
и сантимет ровом диапазонах (5 и 8 см) , сооб­
щали нам о скорости, направлении и местона­
хождении станции. Сеансы радиосвя зи со стан­
цие й могли производиться через 2, 5 и 15
суток. Эти интервалы были выбраны с та­
ким расчетом , чтобы обеспечить подзарядку
бортовых аккумулят оров от солнечны х ба­
тарей и чтобы радиосвязь устанавливалась в
то время , Rогда «радиовидимосты станции
наилучшая .
Многие сведения , переданные с «Марса-1»,
по-новому осветили физические процессы , про­
исходящие в околосолнечном пространстве. Не­
которые сведения были неожиданными. Отме­
чен чрезвычайно интенсивный поток солнеч­
ных корпускул , как бы порыв «солнечного ветра».
Установлено, что нескольRо возросла интенсив­
ность Rосмического излучения со времени по­
лета лунников. На сравнительно небольшом
расстоянии от Земли датчики станции зареги­
стрировали неоднократные столкновения с ми­
Rромете оритами; когда же ст анция удалилась
на несRол ько сотен тысяч нилометров , числ о
соударений резко сократил ось.
21 марта 1963 г. был проведен очередной
сеанс радиосвязи на расст оянии в 106 млн. км.
Но это был последний сеанс . Станция начала бес­
порядочно вращаться , и ее антенна не ориен­
тировалась больше на Землю. Как показали
расчеты, станция должна был а пройти около
Мар�а на расстоянии 193 тыс . км . Есл и бы

ic.JIJ'HA-9)
)
НА ОКЕАНЕ БУРЬ
События, отмечающие знаменатмьвые этапы космической эры, следуют одно
за другим: запуск первого спутника Земли - первой ракеты, преодолевшей земное
притяжение и ставшей «планетой• солнечной системы; первый человек, стартовав­
ший на ракете в космос; первая ракета, достигшая Луны; первый человек, вышед­
ший из космического корабля и шагнувший в космос; первая фотография обратной
стороны Луны. И, наконец, мягкая посадка станции «Луна-9• на поверхность Луны.
Впервые аппарат, созданный человеком, не только достиг Луны, но и совер­
шил на нее посадку. Впервые на другую планету опустилась автоматическая лабо­
ратория, созданная на Земле, передала научные сведения, полученные непосредст­
венно с лунной поверхности, и сфотографировала детали этой поверхности.
Лvn•
Рио. 2. Схема попеrа автоматиqее1mй стnп11r1п «Лупn-9"
на учаотке торможения 3 фенраля 1966 r.
На Луне различают два основных типа поверхностных структур: сильно изре­
занные кратерами «материки• и сравнительно ровные «моря•. Момент для запуска
автоматической станции «Луна-9• был приурочен к наступлению лунного утра в
типичном для Луны районе - на Океане бурь. Это - крупнейшая равни1111ая
область на видимой части ЛуНЬI.
Лунное утро обеспечивало наиболее выгодные условия, чтобы распознавать
и расшифровывать детали на фотографи'я:х лунной поверхности. Камни и неров­
ности почвы в это время отбрасывают длинные тени. Кроме того, утром на Луне
благоприятвы и температурные условия: промерзшая за двухнедельную ночь поверх­
ность только что начала отогреваться. Через несколько дней она должна была раска­
литься под лучами Солнца более чем до ста градусов.
31 января 1966 г. ракета-носитель вывела автоматическую станцию на орбиту
спутника Земли. Радиосигналом был включен ракетный блок, который обеспечил
станции разгон с орбиты спутника и выход на траекторию полета к Луне.
С наземных пунктов была измерена траектория полета автоматической станции
и установлено, что станция движется по траектории, удаленной от центра Луны
на 10 тыс. км . Затем были определены величина и направление корректирующего
импульса, т. е. было вычисJ1ено, на какое время нужно включить ракетный двига­
тель, находящийся на автоматической станции, и в каком направлении должна
действовать тяга этого двигателя, чтобы подправить полет и обеспечить станции
встречу с Луной в заданном районе. 1 февраля 1966 г. эти данные, соответствующим
образом закодированные, были переданы по радио на uорт станции. После радио­
команды с Земли работа всех систем станции проходила автоматически и последова­
тельно по заранее предусмотренной программе, заложенной в бортовую автоматику.

Автоматическая стаиция ва ооверпости Лукы (рисунок).
Сначала станция «нашла» Солнце, затем, не «теряя• его, начала поиск Jlуны.
Когда оптическая система станции «поймала& Луну в свои объективы, автоматика
повернула корпус станции так, чтобы ось оптической системы соответствова.11а дан­
ным, полученным с Земли, а сопло двигателя заняло бы нужное положение. После
ориентировки была включена двигательная установка, скорость автоматической
станции уменьшилась на 71,2 м/сек, и она перешла на траекторию, которая практиче­
ски проходила через расчетную точку в районе Океана бурь.
Новые сеансы измерений nозволили уточнить, когда должно начаться тормо­
жение. Поправки бы�и введены в систему ориентации и был уточнен момент, когда
включить тормозной двигатель. Все эти данные были переданы на борт станции
к 16 часам 3 февраля. А примерно за час до сближения с Луной корпус станции был
ориентировав так, чтобы сопло двигателя оказалось направленным на Луну, а траек­
тория полета проходила бы точно через центр тяжесm Луны. Такое положение стан­
ции поддерживалось все время, оставшееся до прилунения.
На высоте около 75 км до поверхности Лувы, за 48 секунд до посадки, была вклю­
чена по команде радиовысотомера тормозная двигательная установка. А перед этим
от станции были отделены два отсека с аппаратурой, ненужной при посадке,
чтобы не тратить горючее на мягкое прилунение лишней тяжести.
Тяга тормозного двигателя затормозила полет станции и снизила ее скорость
с 2,6 километра до нескольких метров в секунду. Когда аппарат коснулся поверх­
ности Луны, шарообразная станция вместе с системой амортизации (дополнительно
смягчающей удар о почву) была отделена от всей установки и прилунилась отдельно
поблизости.
На схеме видны примерные контуры станции «Луна-9». Опа состояла из трех
основных частей: .т1упной автоматической станции, двигательной уставовt<и и отсеков с
приборами. Контейнер яйцеобразной формы, расположенный на стороне, противопо­
ложной двигателю, и есть лунная станция. В ее герметичном корпусе размещены
приемники и передатчики, система терморегулирования, источники питания, научная
аппаратура и автоматическое программно-временное устройство, которое обеспечило
в заданной последовательности выполнение всех операций при ориентации и после
прилунения. Верхняя часть шара прикрыта четырьмя металлическими «лепестками».

В слоЖеввом ви
-
де ови образуют замкнутую поJiусферу, а в раскрытом форма «лепе­
стков• хорошо видна ва рисунке.
Шар, отброшенный в сторону в момент соприкосновения двигательного отсека
с лунной поверхностью, упал невдалеке. Яйцеобразная форма станции и <mепестки»,
раскрытые сильными пружинами,- все зто обеспечило устойчивое вертикальное
положение для объектива телевизионной системы.
Через 4 минуты 10 секунд после прилунения раскрылись автеввы станции и
начался первый сеавс радиопередачи с поверхности ЛуЯЬI. Радио сообщило, что
все системы станции работают вормальво и что радиоаппаратура надежно управ­
ляется радиокомандами с Земли. 4 февраля в 4 часа 50 минут по московскому вре­
мени «Лупа-9» по команде с Земли начала обзор лунного ландшафта и передачу его
изображения. За трое суток было проведено 7 сеансов радиосвязи общей продолжи­
тельностью 8 часов 5 минут.
Телевизиоввые изображения позволили вам, землянам, рассматривать Луну
как бы «стоя на ее поверхности». Объектив телевизионной камеры давал изображе­
ние круговой панорамы, т. е . местности вокруг всей станции. Прилунившись на
сравнительно пологом склоне, станция оказалась слегка наклоненной. Детали на пе­
реднем плаве панорамы телевизионная камера просматривала с разрешающей способ ­
ностью 1: 2 мм, т. е. различала предметы величиной в несколько миллиметров. О раз­
мерах камней и впадин, видимых на снимке, можно судить по кончику «лепестка»
на переднем плаве сви:мка. Наружный край этого «лепестка>> - 4 см. Линия гори­
зонта на снимке очень четкая, без переходов в полутона, так как на Луне практиче­
ски полностью отсутствует атмосфера и небо там воспринимается как совершенно
черное.
Свой первый сеанс станция начала сразу же после восхода Солнца, когда его
высота была всего лишь 7 градусов. Поэтому все выступы, камни и бугорки отбра­
сывали длинные тени, примерно в десять раз превышающие высоту предметов. При
втором сеансе длина теней уменьшилась вдвое, а 5 февраля Солнце находилось уже
на высоте в 27 градусов и длина тевей сократилась в четыре раза по сравнению
с первым сеансом. Таким образом была получена серия фотографий одних и тех же
Фотоl'раф•чес11
11А
ОllНМОК п оверХВОС'l'и Лувы, сдеааввыi те.
.
еобъективо11 автоматической станции «Лува·ll•.

участков лупной поверхности, но при рааной нысоте Солнца. И э то предоставило
ученым возможность детально изучить структуру лунной поверхности.
Анализ снимков показал, что поверхность Лупы очень шероховата, опа покры­
та бугорками и углублениями, и па ней разбросаны редкие отдельные камни. Некото­
рые из этих камней хорошо видны па снимках. Один иа них находится рядом со стан­
цией. Его величина около 15 см. Несколько далее видны небольшие впадины шири­
ной от десятка сантиметров до нескольких метров. В районе обзора «Лупы-9" нет
ни больших кратеров, ни гор, только на горизонте заметны невысокие холмы. Тща­
тельное изучение снимков дало астрономам богатейший материал, чтобы уточнить,
какова структура поверхностного слоя Лупы.
Один из важнейших результатов рейса ((Луны-9» - это успешное прилунение
аппарата весом в 100 кг без ааметного погружения в грунт. Это убедительно свиде­
тельствует, что посадка космического корабля на лунную поверхность возможна.
Представления писателей-фантастов и многих ученых о том, что Луна покрыта
зыбкой, всепоглощающей толщей пыли, окааались несостоятельными.
Прилунение советского космического аппарата открыло новый этап в раз­
витии космонавтики. Оно вселило уверенность в том, что полет человека на Луну
будет совершен в очень близком будущем. Человек начал осваивать ближайшие
к Земле планеты.
Симы, рисун.01' и фотографии езяты иа .Ni 37(17954) гааеты сПраедаt от 6 феера.А.Я 1966 г
Райов посадки С'l'авцпп "луиа-9". Ст)lеJ!кой указано место прн"увення.

система ориентации работала нормально , по­
. 11ет ст анции бьш бы подправлен ракетным дви­
гателем.
Од новременно с советс кой ракет оii , ид ущей
к Марсу , двига,1ась к Венере американская
ракета (<Маринер-11 �) . Это бы.� космическ ий
автомат та кого же типа, и предназнача лся он
для решения те х же проблем. Когд а еще
работал двигате.1ь последней ступени, ракета
неожида нно начала вращаться, приобрела лиш­
нюю скорость и отклонилась от курса. Но аме­
рик анск им ученым уд алось на расстоянии
2,4 млн . км включить корректирующий дви­
гатель и подп равить полет ; «Маринер-11» про­
ше л в 37 ООО км от Венеры и передал на Землю
результаты научных измерений .
В США в конце ноября 1964 г. з апустили в
ст ор ону Марса автоматическую станцию «Мари­
нер-IV>> . Ориентиром служила ей звезда Кано­
пус. В работе системы астро ориентации воз­
никли се рьезные непол ад1ш : система «хваталась>)
з а звез ды менее яркие , чем Канопус. Кроме того ,
неск олько раз система ориентации начинал а пов­
торный поиск звезды. По предположениям уче­
ных это происх одило из-за того , что мик роме­
тео риты выбивал и из корпуса ст анции ме;1ьчай­
шую мет аллическ ую пыль. Светясь в солнечных
лучах , эта пыль давала яркие вспышки, которые
Снимок иовер.rностн планеты Марс, сделвнныJi ав:rонаrяvе""
екой станцией «Марннер-IV».
·
о4д.э.т.3
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
На земной наб.1
1
юдательной стаuц1111. На ЭJ
J
ектронно-счетной
машине рассчитывают орбиту космической автомат11ческой
станции.
з аст авлял и срабатывать систем у ориентации.
Радиокомандами с Земли уд алось иск л ючит ь
вл ияние этих факторов и з аставить автоматы
(< ухватитьсю) з а нужную звезду.
В сер едине июля 1965 г. космический аппарат
прошел примерно в 10 тыс . км от Марса,
прове л ряд физических и з мерений и сф отогра­
фировал загадочную пл анету.
Десят ь дней (< Маринер-IV» передавал по ра­
дио 21 снимок пл анеты. Передача каждого из
них шла 8 часов 20 минут . Фотографии поверх­
ности Марса показали , что ее ст руктура весьма
схожа с лунной . Знаменитые марсианские (<Ка­
налы» пока не обнаружены . Научные приборы
передали, что , как и у Луны, у Марса нет за­
метного магнитног о поля , нет и поясов ради­
ацин . Не обнаружены также у Марса и новые
спутники,,к роме и звестных Деймоса и Фобоса .
За 228 дней полета было з арегистрировано
10 солнечных вспышек , а в корпус ст анции
уда рились 190 метеоритов . Все это говорит о том,
что полет чел овека к Марсу неизмеримо с л ож­
нее , чем пол ет к Луне , в котором можно руко­
водствоваться прогноз ами и выбрать пе риод,
свободный от сол нечных вспышек. Вероятность
в стреч же с метеоритами з а несколько дней
полета весьма мала .
12 и 16 ноября 1965 г. в СССР были запуще­
ны в ст орону Венеры две АМС - (<Венера-2 >)
и ((Венера-3 >) . Аппа р атура станций была п ред­
назначена для широких на учных исследований
в .космическом пространстве, особенно вблизи
Венеры. Rонстру.кция и состав аппаратуры
otfeяx АНС различались веавачлтельво.
49

ДВИЖЕ НИЕ И ЭНЕРГИЯ
ОБОРУДOBAHllE KOCltlИЧECRИX
�JIAБOPATOPИJi
Осн овная часть научной аппаратуры на
.космических ра.кетах н сп утн.и.ках размещается
в отсе.ках и контейнерах , расположенных внут­
ри герметичного .корпуса. Здесь же находят­
ся и радиопередатчи.ки, .которые передают на
Земл Ю данные научных измерений. Они же
контролируют положение ракеты , давление и
температуру внутри контейнера и на его по­
верхности. Внутри корпуса находится и аппа­
ратура для изучения газового состава среды
в межпл анетном пространстве . Протонные же
ловушки этой аппаратуры размещены на по­
верхности внешней стороны оболочки. Вне
корпуса установлены также счетчики косми­
ческих лучей и «чувствующие)> элементы аппа'­
ратуры , изме ряющей магнитное поле . Эти эле­
менты расположены на .:конце длинной алюми­
ниевой трубки , чтобы ис�лю
.
чить влияние маг­
нит ной массы контейн ера .
Физики уже давно доRазали , что косми­
ческие лучи - это не лучи и не электромаг­
нитные волны , а поток заряженных частиц
с самыми различными энергия ми, намного пре­
восх одящими энергию частиц , разогнанных
даже в мощнейших ус.корителях.
На советс.ких .космичес.ких раRетах были
установлены разнообразные приборы , позво­
ляющие всесторонне изучать состав .космиче:
с.ких лучей в межпланетном пространстве . Эти
приборы делятся на две группы: газоразряд­
ные счетчики космических частиц и люмине­
сцирующие кристаллы с фотоумножптелями­
сцинтилляционные счетчики.
Газоразрядные счетчики - это обычно не­
большие стеклянные трубочки, наполненные
смесью газов. Внутри кажд ой из них натянута
проволочная нить , а поверхность стеRла по­
крыта проводящим слоем . Это катод . Между нитью
и катодом подают напряжение в нес.коль.ко
тысяч вольт , и в трубочRах образуется сильное
электричесRое поле.
Заряженная космическая частица , попадая
в счетчик , ионизирует моле.:кулы газа, разби­
вает их на электроны п пол ожительные ионы ,
которые разгоняются элекхрическим полем и
в свою очередь ионизируют другие молекулы.
Так образуется лавина заряженных ча стиц,
возник ает импульс тока.
Радиосхемы усиливают эти импульсы во
мн ого раз и с помощью телеметрического
устройства передают их на Землю . Сигн ал на
Землю идет лишь в то1
1
1 случае, когда через
60
счетчики пройдет определенное количество им­
пульсов . Поэтому легк о подсчитать и число
.:космических частиц, пронизывающих опреде­
ленную площадь за секунду , 'J:'. е . узнать ин­
тенсивность космиче ских лучей.
Работа другой группы приборов - сцинтил­
ляционных счетчиков - основана на том , что
частицы , летящие с космическими .ск оростями,
при прохождении через кристаллы некоторых
веществ вызывают в них вспышку света. Эту
«Протон-1»
вспышку улавливают фото элементы - электро­
вакуумные приборы , способные <m ойматы д аже
ничтожное количество лучистой энергии . Фото­
умножитель «умн ожает)> в несколько миллио­
нов раз слабую вспышку света. и создает ощу­
тимый импульс тока.
Чтобы изучить процентный состав частиц
с различными эне ргиями, устанавливают три
«барьера)> . Через самый низкий проходят им­
пульсы от слабых частиц, через средний -
от более энергичных , через самый высокий -
от самых быстрых частиц, в том числе и импуль­
сы от частиц, летящих почти со скоростью
света .
ПocJie усиJ1ения сигналы поступают в бло­
ки радиотелеметрии и передаются на Землю.
Подсчитав число импульсов на разных уров­
нях , уче ные устанавливают, в какой пропор­
ции находятся в космиЧесRом излучении ча­
стицы с различными энергиями.
Кроме частиц межзвездного газа , в меж­
планетном пространстве двигаются потоки ча­
стиц, излучаемых Солнцем. Для их изучения
на ракетах устанавливают протонные ловушки.
Каждая ловушка состоит из трех полусфериче­
ских ,Эл ектродов . Два внвшних электрода сде­
ланы из ме таллической сетки, а внутренний -
сплошной; он служит коллектором, собирате­
лем протонов. Чем больше протонов попадает

в ловушку, тем бол ьший ток течет через ее
коллектор.
Над, поверхностью контейнера первой совет­
ской космическ ой ракеты находились четыре
ловушки . Две из них собирали все протоны
межзвездного газа , а две другие ул авливали
только протоны с большой энергией , летящие
от Солнца.
Для исследования мете оритного вещества
были установлены на космических ракетах
баллистические пьезоалектрические датчини.
Что такое пьезод атчик?
НеRоторые крист а:шы обладают так назы­
ваемы111 пьезоэффе:nт о111 : при сжим ании , растя­
гивании или ударе на гранях кристалла возни­
кают электрические заряды . Метеоритная части­
ца ударяется в поверхност ь пьезод атчика , и на
нем появляется электрический импульс, вели­
чин а которого зависит от массы и скорости
частицы . После усиления и111пульсы разделя­
ются по величине на три «сортю>. О числе
импульсов каждого «сорта» со общается на
Землю .
Подробное исследование 111етеоритных част иц
проводя т амерш.;анские ученые . Для этого слу­
жат сп ециальные спут ники <(Пегас-1 )) и <(Пе­
гас-11», с огромным и крыльями-створками. П ри
ст арте эти :nрылья были сложены «гармошкой» ,
а в косм осе развернул ись на полный р а змах�
30 �t. На крыльях мнотество датчиков, кото­
рые обнаруживают метеоритные частицы.
Каждыi'I датчик - это заряженный элек­
трический конденсатор , ме;кду пл астинами ко­
торо го проло;кен специал ьный материал. Если
метеоритная част ица пробьет конденсатор ,
прокл адка между пластинами в этом месте
мгновенно испарится .
Облачко ионизированного газа з амкнет
обю1адки конденсат ора , и он раз рядится .
Импульс тока отм етпт попадание част ицы .
Электро- п р адиосист емы «Пегаса» рассч ита­
ны на действие в течение года. Но американ­
ские интенеры предполагают, что через несколь­
ко лет , когда будет отработана техника сбли­
жения кос мическпх аппаратов, удастся под­
вести к «Пегасу» :nорабль ,
сл ожить его
крылья п спустит ь н а Землю для тщательного
изучения.
Продолжая научные эксперименты в кос­
мосе , советские уч еные создали уникальную
космическую ст анцию «Протон-1» весом в
12, 2 т. 16 июля 1965 г. эту станцию вывел а
в космос ракета-носитель мощност ью свыше
60 млн. лошадиных сил (свыше 44 мл н. квт) .
Большие размеры станции поз волили раз-
4*
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
местить в ней приборы для исслед ов ания
космических лучей со с�:;срхвысокими энер­
гиями . Для и зучения частиц с энергиями в
1011- 1015 электрол-вольт вес спутника должен
быть более 10 т, так нак основная деталь слу­
жащей для этого аппаратуры - ионизационный
калориметр - состоит из большого количества
стал ьных плит . Между ними распол ожены
пластмассовые сцинтилляторы (см . ст . «Как
впдят невидимое ») . И чем выше энергия и зу­
ч аемых частиц , тем больше д олжно быть в
калориметре ст альных плит .
Проходя сквоз ь ст альную пластину, ча­
стица ст алкивается с яд рами железа и рождает
вторичные частицы , которые в свою очередь
рождают частицы сл едующих поколений. В ре­
зультате вся энергия первичной частицы пере­
ходит к большему числу вторичных частиц,
которые поглощ а ются в толще ионизационного
калориметра .
Поглощение энергии сопровождается св ето­
выми вспышками в сцинтилля торах . Чем боль­
ше энергия первичной частицы , тем ярче эти
световые вспышки . Вспышки регистрируются
электронными фотоумножителями , импульсы
тока от них и з меряются, и ре зул ьтаты пе ре­
даются по радио на Землю .
Кроме устр ойства для и з мзрения заряда
частиц , на косми ческ ой станции «Протон-1>>­
уст ановлена аппаратура для измерения энер­
гии электронов , регистрации гамма-квантов.
изучения энергетического спектра и химиче­
ского состава космических лучей солнечного
происх ождения и для· решения ряда других
з адач . Такое же оборудование уста новлено на
космической ста нции «Протон-2», запущщшой
в конце т ого же год�·
Тяжелые спутники типа «Протон» необ­
ходимы , чтобы проникнуть в структуру
элементарных частиц . Д лЯ подобных исследо­
ваний в з емных усл овиях нужны мощней­
шие уск орители частиц . Современный , еще
не достигнутый пред ел таких уск орителей огра­
ничивается м ощность ю в 1012 электрон-в ольт.
Но уЧеные и инженеры блестяще обошли этот
предел - они вывели приборы туда, где ра­
ботают природные «ускорители».- в космос.
НА KOCl\IOДPOME
Люди бережно храня'!' и.мена героев и даты
великих событий, которыми гордится все чело­
вечество. Не111н огие подвиги , . совершенные
людьми .за тысячелетия, оставят Ta.Iioй глу-

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
бокий след , как первый полет человека в
космос.
12 апреля 1961 г. с космодрома Байконур
ст артовал первый космонавт человечества
Юрий Гагарин.
Могучая советская ракета вывела на орбиту
вокруг Земли первый космический корабль ,
пилотируемый человеком.
Вслед за Га гариным , сдел авшим виток во­
круг нашей п:1анеты на корабле ((Восток�>,
стартовали другие советские космонавты , уве­
личивая от полета к полету время пре­
бывания на орбите . С каждым полетом все
совершеннее становил ось оборудование кораб­
ле й, усJrожнялись научные наблюдения, про­
водимые космонавтами в полете . Гагарин и
Титов летали в одиночку, Николаев· и Попо­
вич, Быковс1шй и Терешкова соверши­
ли групповые полеты , а !\омаров , Феокти­
стов и Егоров летели в трехместном космиче­
ском корабле .
Гагарин вел первый телефонный разговор
из космоса . На корабле «Восток-2 1> испыты­
валась высок оl\ачестnенная телевизионная си­
стема , а с последующих кораблей изображения
космонавтов транслировались на весь мир .
1\осмодром Байконур раскинул свои служ­
бы на просторах южной степи . Сердце космо­
дрома - стартовая площадка. На некоторо.,r
уд алении от нее - командный пункт , располо­
женный в защитном железобетонном бункере .
Оттуда ведется дистанционное управление
ст артом и наблюдение (через
,,
,,_
,.
..
..
_..
..,.
..,
,
,_.
.
..
..
.,
_..,..
._
___,_., перископы) за первыми секун­
дами полета. Еще дальше от­
несены открытые наблюдатель­
ные пункты , монтажный кор­
пус , служебные здания , жилые
домики.
Общий в11д стартовой п.nощадки на одном на американских ракетодромов.
Идет сб орка ракеты.
В монтажном корпусе ве­
дется сборl\а ракеты , здесь же
соединяют космиче ский корабль
с последней ступенью ракеты­
носителя. Могучий кран легко
поднимает
многотонный ко­
рабль, и кран овщик точно под­
водит его к ракете. Надежно
затянуты крепежные болты -
корабль занял свое место. Пос­
ледним закрепляется защитный
колпак. Сборка закончена.
Нажатием кнопки раздвига­
ются в сторону ворота , и ране­
та с кораблем выезжает из мон­
тажного корпуса . Электровоз
мед.'lенно тянет «космический
пое зщ>. Вот и стартовая пло­
щадк а. Ракета уже стоит на
своем «рабочем 11
1
есте1>, ее строй­
ный све ркающий корпус сере­
бряной свечой устремлен в небо.
Перед полетоАr все системы
ракеты подвергают тщатель­
ной проверке . Государствен­
ная комиссия слушает докл&д
гепе р а.r�ьного конструктора о
готовности техники и утве рж­
дает командира корабля и его
дубле ра, который займет мес­
то в кабине , если первый пилот
внезапно заболеет.

За полтора-д ва часа до стар­
та проводится последний меди­
цинский осмотр космонавта.
Его облачают в RосмичесRие
«д оспехю>.
На :космонавта надевают
д атч и :к п, :которые будут
регистрировать
темпе ратуру ,
пульс, ритм дыхания , снимать
:кардиограмму сердца и другие
данные о состоянии организма
в полете. Затем надевается теп­
лозащитная одежда, в :которую
вмонтирована система вентиля­
ции . В :кармаш:ках эт ой оде жды
устанавливают усилители сиг­
налов , поступающих с медиц11н­
сю1х датчи:ков. После этого на­
девается прочная серо-голубая
герметичес:кая оболоч:ка. Это ос­
нова
с:кафандра,
она
сш ита пз прочного и эластич­
ного лавсана . Сверху натяги­
вается оранжевый комбинезон с
:карманами, гермошлем , перчат­
ЮI - :космонавт готов.
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
Автобус быстро доставляет
:космонавта и его дублера к
ст артовой площадке . l\осмонавт
направляется :к председателю
Государственной комиссии . .Ко­
роткий рапорт , прощание с
друзьями. Поднявшись по не ­
большой лесенке к площадке
у лифта , Rосмонавт еще раз
приветствует провожающих и
На одном 11з американских ракетодромов. Сборка ра1<сты закончена , фермы обслу­
живания отъеха.1и по редьсам , идет пос.1еднян проверка аппарат�·ры черс3 кабс.1ь,.
подведенный к последней ступе1111 ракеты.
проходит в лифт . Мимо ажурных метал­
лических конструкций плавно ползет кабин а
R самой вершине ракеты . Люк корабля открыт .
Космонавт занимает свое место.
На командном пункте за толстыми стенами
бунке ра прохладн о. В опе раторской сотни при­
боров непре рывно сообщают о самочувствии
Rосмонавта , о состоянии устройств ракеты-но ­
сителя и космического корабля . Объявлена
«пятиминутная готовносты>. Это значит , что
еще раз проверены все устройства , космонавт
к полету готов и до старта осталось 5 минут .
У одного из перископов , нацеленных на
ракету, заме ститель генерал ьного конструктора.
Сп рава от него огромный хронометр, ведущий
точный счет секундам. Около хронометра лист
с предписанием о точном времени ст арта.
И вот .нажата кнопк а, дающая волю 20 млн .
лошадпных сил . Сразу доносится гром рабо-
тающих двигателей. Дрожат стены бункера.
Пл авно поднявшись , огромная ра«ета быстро
набирает скорость , и вот уже исчезла яркая
точка, растаяв в бездонной небесной синеве.
Проходит 15 -20 минут, и коою навт ради­
рует: «Чувствую себя хорошо . Вижу Землю !)>
После старта на космодроме вступает в
жизнь новый график работы. Он подчинен
теперь другой задаче - следить за полетом
корабля и состоянием космонавта. На ко:.1анд­
ном пункте дежурят оперативные группы Госу­
дарственной комиссии. Каждая группа докла­
дывает комиссии о том, как протекает полет.
УСТРОЙСТВО ItOPAБJIЯ «BOCTOlt»
Опыт , накопленный советскими учеными и
конструкторами при запусн ах спутников , лун-
53

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
нинов и автоматичесних 11Iе жпланетных стан­
ций, ПОЗВОЛИJI создать RОСМИЧеСRИЙ Rорабль
для полета человена. В марте 1961 г. были
произведены два последних нонтрольных пу­
сна норабля «Востою>. В нресле пилота сидел
маненен, облаченный в носмичесний снафандр.
Кроме того, n набине находились собани. Оба
полета прошли 11 точном соответствии с про­
граммой и подтве рдили Iiысоную надежность
нонструнции и ncex систем, а танже полную
безопасность полета для чел овен а.
Корабль «ВостоR» состоит из кабины сфе­
ричесной формы, рассчитанной на одного пило­
та, приборного отсека и отсека с тормозной
двигательной установной. После выведения
на орбиту корабль-сп утниR отделяется от по­
следней ступени ракеты-носителя.
Внешняя поверхность кабины понрыта сло­
ем тепловой: защпты , предохраняющим ее от
высок ой температуры , которая развивается от
трения при спусне в пло'l'ных слоях атмосферы .
Через три иллю11Iинатора с толстыми жаро­
прочными сте1-:лами космонавт видит Землю
и зве зды , фотографирует. Наблюдая за ли­
нией горизонта и направлением «бе га>> поверх­
ности Земли, космонавт может ориентировать
норабль в пространстве с помощью двига­
телей системы ориентации. Для предохранения
глаз от лучей Солнца , которое , по словам
Гагарина, настольно ярко , что на него нельзя
смотреть даже зажмурившись , иллюминаторы
снабжены mторнами.
Кресло пилота - это и его рабочее место,
и своеобразный домик, в котором есть все для
жизненных нужд. В нресле находится запас
кислорода и вентилирующее устройство для
отвода тепла из скв.фандра. В кресле разме­
щены приемо-передающие радиост анции , запас
продукт ов и предметов первой необходимости,
.к оторые могут понадобиться после приземле­
ния . Поверхность кресла точно соответствует
форме тела космонавта и выложена мягкими
пластмассовыми подуmнами.
При аварийной ситуации на старте или
в процессе вывода на орбиту кресло с косм онав­
том автоматически катапультируется через
люR , б�.rстро открывающийся в корпусе каби­
ны. Парашютные системы кресла обеспечивают
плавный спуск на землю или воду. При спуске
на воду автоматически разворачивается надув­
ная лодка. Но и без нее поддерживать космо­
навта на воде может скафандр. Теплоизоляция
сн афандра и его герметичность таковы , что
Rосмонавт не ощути т холод , даже находяс ь
12 часов в ледяной воде.
При возвращении на Землю совсем не обя­
зательно отделяться от корабля катапульти­
руясь и спускаться на парашюте . Система ме ха­
низмов обеспечивает безопасное приземление
всей кабины корабля «Востою>. Оба эти способа
были успешно опробовайы при запуске тяже­
лы х нораблей-спутников.
Кабина корабля «Восток» значительно про­
сторнее кабины пилота на современном военном
самолете . У космонавта, пристегнутого к крес­
лу ремнями, уд обный доступ ко всем приборам:
он может вести наблюдения · через 1ш люмина­
торы , подде рживать радиосвязь с Землей,
управлять ориентацией корабля , вк лючать
систему приземления , регулировать темпера­
туру в кабине и т. п.
ltlH OГOl\IECTHЫii RО С1'1ИЧЕСR11 Й
ROPАБ.JIЬ (<В ОСХОД))
12 октября 1964 г. ракета-носитель вывела
в космический орбитальный полет советсний
трехместный корабль (< Восход» . Это был пер­
вый в истории пон орения космоса многомест­
ный космический корабль. От полетов мужест­
венных одиночек советсние космонавты пере­
шли к коллективным полетам специадистов
разных профессий. Экипаж корабля состоял
из командира корабля летчю\а-космонавта Вла­
димира Михайловича Комарова , научного ра­
ботника юшдидата технических наун Констан­
тина Петровича Феоктистова и врача Бориса
Борисовича Егорова.
В новом корабле уже можно различить
черты будущих космических лабораторий и
космических стратопланов . Если в нем пока
еще не очень просторно, нельзя , например ,
ходить , нет спальных мест и письменных сто­
лов , то нет уже и катапультируемых кресел и
космонавты не одеты в стесняющие движения
ск афандры ...
Три спе циалиста разных профилей вели
одновременно номплексные физиl\о-техниче­
ские и медино-биологические исследования ,
помогая и дополняя друг друга
Врач проверял на себе действие невесомости
и сравнивал свои впечатления с ощущениями
других членов экипажа ; ученый наблюдал за
горизонтом , полярным сиянием , светящимися
частицами за окнами иллюминаторов ; а 1\оман­
дир экипажа оценивал управляемость корабля,
проверял ориентировку по звездам и наблюдал
ориентиры на Земле . Все трое могли проверить
и сравнить свои впечатления , обменяться мне-

ниями , посоветоваться друг с другом и, нако­
нец , поспорить.
Сбор научной информации в космосе не
прекращался ни на минуту. Их предше ствен­
ники вынуждены были часть времени в полете
тратить на сон , на прием пищи и прерывать
исследования . А на «Восходе» постоянно рабо­
тали два члена экипажа , а один отдыхал.
За сутки полета ракета сделала 16 витков
вокруг Земли , и трое космонавтов провели
обширные наблюдения и даже исследования .
Программа полета полностью выполнена.
Испытаны конструкция и эксплуатационные
характеристики нового пилотируемого кораб­
ля , его системы и оборудование ; исследованы
работоспособность и взаимодействие в полете
группы космонавтов ; проверены в полете их
режим труда и отдыха и взаимозаменяемость
на некоторых эт апах полета; проведены науч­
ные исследования в условиях длительного кос­
мического полета ; продолжено изучение , как
влияют различные факторы космического поле­
та на че ловеческий организм. .
На корабле «Восход» было установлено
новое , более совершенное и разнообразное обо­
рудование . Кроме исполь зовавшихся ранее
систем ориентации , была применена новая .
позволяющая точно определять распоJiожение
корабля в про стр анстве и уточнять положение
его относительно поверхности Земли . Кос!\ю­
навты располагали llfВ огочисленнымп средст­
вами радиосвязи и новой, более совершенной
систеllfой телевидения .
От всех своих предшественников «Восход»
качественно отличался принципиально новой
системой мягкой посадки. Самый трудный уча­
ст ок полета - спуск и приземление - пере­
стал быть трудным. Многотонный кораб.'!ь кос­
нулся земли практически с нулевой скоростью ,
т. е. повис в воздухе , как вертолет, 11 неслышно
опустился на поверхность Земли. Именно так
рисуют обычно писатели-фантасты посадку ра­
кетопланов в грядущих веках на неведомые
п ланеты . Даление , казалось бы , мечты о коllf­
фортабельном космическом полете советские
ученые и инжене ры уже се годня воплотили
в жизнь .
Старт «Восхода» ощущ ался космонавтами
также намного более мягким и споl\ойным , чем
в предыдущих ра.кетах. Вот ка.к описы вает его
К. П. Фео.ктистов: «Шум не слишк оl\1 сильный
(сравним с шумом в .кабине современного реак­
'I'Ивного самолета) ; вибрации не слишком боль­
шие ; легкое по.качиnание ракеты, напоминаю­
щее покр.чиванпе поезда в пути; легкl'}перено-
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
сящиеся перегруз.кн. К .концу работы .каждой
ступени они увеличиваются и в начале работы
последующе й падают почти до обычного уров­
ня. В общем, полет на ракете переносится
легко» .
Создание корабля «Восход» впервые по.ка­
зало, что космический многоме стный корабль­
стратоплан - орбитальный корабль-лабор ато­
рия , на котором выйдут в KOC]l[OC «обычные»
люди, кос]l[онавты-пассажиры , космонавты-уче­
ные и космонавты-строители,- дело ближай­
шего будуще го.
З А БОР ТО1'1 RОС1'1 ИЧЕС КОГО
КОРА Б.Л.Я
Выделяя основные вехп освоения .космоса
человеком, 11ш огие ученые в один ряд с запу­
ском первого советского спутюш а и полетом
Ю. А. Гагарина ставят выход человека из ка­
бины корабля в космическое пространство .
Этот эксперимент подтвердил , что ст ало воз-
11ю жным активное пребывание человека в от­
крытом космосе - пере садка с корабля на ко­
рабль , монтажные работы при сборке лабора ­
торий и орбитальных станций и, конечно, вы­
ход на поверхность других планет и Луны.
Человек перестал быть пленником 1ю смичес1юй
ракеты.
Этот замечательный полет начался 18 марта
1965 г. Двухместный космический корабль
«Восход-2» вышел на орбиту вокруг 3е11fли ,
имея задание провести новый эксперимент -
выход челове1щ нз корабля в КОС]l[Ическое про­
странство. Ко мандир корабля Павел Иванович
Rеляев и летчик-к осмонавт А.'Iексей Архипо­
вич Леонов прошли спе циальную трен иров.ку,
до автоматизма отработа.'lи взаимодействие
друг с другом , особенно на самых ответствен­
ных этапах - в момент выход а в космос и воз­
вращения обратно в корабль .
Выход космонавта похож на выход водо­
лаза из подводной лодюr . Сначала человек,
одев ск афандр, из основного отсека переходит
во вспомогательную ка:\1еру - ш.11юз - и з а­
крывает входной люк . В подводной лодке пос.'Iе
этого в шлюз постепенно напускают воду , а
в космосе - выпускают , «стравливают» воздух ,
т. е. образуют в шлюзе вакуум. и в том и в дру­
гом случае шлюз заполняется той средой, Rото­
рая окружает корабль . Выравнив давление ,
можно открывать выходной люк шлюза. Когда
«Восход-2», совершая второй виток , пролетал
на высоте 460 км над Черным морем, Леонов
55

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
вошел в шлюз. 1\онечно, космонавт чувствует
себя иначе , чем моряк :в подводн ой лодке.
Леонов не вошел , а, паря в невесомости , «вплыл»
в шлюзовую камеру. Дав давление в скафандр,
космона вт проверил его герметичность и пода чу
кислорода . Затем он проверил положение ·
светофильтра на гермошлеме . Это было необ­
ходимо: когда командир корабля отк рыл
крышку выходного люка, ослепительно яркий
солнечный свет заполнил каме ру.
Выбравшись из люка, Л1:юнов легким толч­
ком отделился от корабля и плавно отплыл
в сторону на длину троса-фала, соединявшего
его с кораблем . Медленно вращаясь , человек ,
впервые оказавшийся лицом к лицу с бе ско­
нечной Вселенной с восторгом осматривался
вокруг. 1\ак и предсказывали ученые , нак мно­
гократн о описывали писатели-фантасты , яркое
солнце и немигающие звезды сияли на «фоне
темно-фиолетового с переходом в бархатную
черноту бе здонного неба ...». 1\осмон авт отчетли­
во различал оче ртания Кр ымского побережья ,
голубую линию ·Волги, хребет Урала, Обь ,
Енисей - огромная красочная карта нашей
планеты медленно открывалась его взору.
Выполняя программу , Леонов совершал
различные эволюции : разбросав руки, парил
в космосе , подтягивал ся за трос к кораблю
и отталкивался от негоо
Перед возвращением на корабль космонавт
снял с кронште йна киноаппарат, намотал на
руку фал и вошел в шлюз. 1\омандир закрыл
люк, выравнил давление в шлюзе и кабине ,
и Леонов сн ова оказался в своем кресле.
1\акие же осн овные физические особенн ости
пребывания в космосе удалось наблюдать в этом
полете?
Два небесных тела - корабль и чел овек -
это такая же пл анетная система, как , напри­
мер, Земля - Луна , и так же подчиняются
закон ам космичес1юй механики. Они движутся
по своим орбитам , вращаясь вокруг обще го
це нтра масс. Этот центр всегда остается на ор­
бите , предн азначенн ой кораблю . Но массы ко­
рабля и чел овека сравнительно ненамного от­
личаются друг от друга , значительно менее ,
чем , скажем , Земля и Луна. Поэтому , когда
космонавт отталкивался от корабля , был о
заметн о, что и корабль «отталкиваетсю> от
космонавта - любое перемещение Леонова вы­
зывало соответствующее перемещение корабля .
Леонов , рассказывая о своих впечатлениях ,
подчеркивал, что очень заметно ощущение
упругости при отталкивании от корабля -
при толчке космонавт чувст вует , каR весь ко-
66
рабль мягко отх одит в против опол ожную сто­
рону.
Интересно также, что при малейшем сме­
щени и направления сплы тол чка космонавт
начинал вращаться вокруг своей собственной
оси . Остановить вращение каними-либо дви­
жениями невозможно, так как для этого нуж­
но от чего-то оттолкнуться , куда-то приложить
силу , а точки опоры нет . Единственный вы­
ход - использовать реактивную силу. В буду­
щем для стабилизации своего пол ожения вне
корабля космонавтам , очевидно , придется при­
бе гать к крошечным ре активным двигателям,
или, как пишут фантасты , к реактивным писто­
летам .
При перемещениях в невесомости крайне
не обходим о соразмерять и силу толчков. Вот
чт о, наприме р, рассказал Леонов : «Я довольно
энергично подтянул ся за фал и был вынуж­
ден руками обороняться от начавшего стреми­
тельно надвигаться на меня корабля . Прежде
всего подумал о том , каR бы не удариться
иллюминатором гермошлем а о корабль . Но,
подлетев к шлюзу , я самортизировал удар ру­
ками. Это оказалось очень легко сделать . ..»
1\омандир все время наблюдал за действи­
ями Леонова с помощью телевизора , вел с ним
телефонный разговор по проводам , прол ожен­
ным в фале , по приборам в кабине контроли­
ровал пульс , дыхание и работу системы жизне­
обеспечения . Кроме того , все прикосновения
к внешней оболочке корабля хорошо прослу­
шивались внутри. Это использовал ось как
своеобразная дополнительная система звуко­
вого контроля . Звук в космиче ском вакууме
не распространяется , но каждое прикоснове­
ние 1\ обшивке корабля отчетливо слышно
внутри его . В случае необх одимости коман­
дир мог прийти на пом ощь косм онавту , нахо­
дившемуся за бортом корабля .
За вых одом Леонова в космос следил а вся
страна. Телевизионная кам ера, установленная
на внешней поверхности кораб.1я , позволила
миллионам людей стать свидетелями косми­
ческого подвига. АвтоматичесRая кинокаме ра
вела съемку непосредственно в космосе .
Очень интересно было проверить , можно­
ли работать з а бортом корабля , ведь в буду­
щем предстоят огромные монтажные работы.
Леонов подтверждает, что работать в космосе
можно : он намотал на руку фал , убрал крыш ку
с объектива киноаппарата , пе ред возвраще­
нием сам снял киноапп арат со стойки и т. п .
Но он отметил , что двигаться и работать
в надутом воздухом скафандре трудно. В част-

вости , войти обратно в люк оказалось не таки:м
уж легким делом. Прогулк а в I> осмос потре­
бовал а значительных физических усилий.
Многих интересует так называемая метео­
ритная опасность . Ведь Леонов вышел в кос­
мос · в легком скафандре , а не в рыцарских
доспехах . Степень опасности не так уж велика.
Подсчитано , чт о, если стальная броня кораб­
ля равна 1,3 мм , один поражающий удар ме­
теорита может происходить в среднем в каждые
180 лет. Однако метеоритная опасность увели­
чивается , если уменьшается толщина защиты .
Поэтому , прежде чем выпустить в космос
чел овека, од етого в легкий скафандр, нужно
был о детально изучить действие мельчайших
метеоритных тел и выбрать соответствующий
материал для скафандра. Общая масса микро­
частиц , падающих каждую секунду на коомо
навта, равн а всего стомиллиардной доле грам­
м а. Такая бомбардировка, конечно, не опасна.
Н аши ученые создали условия , при которых
кратковременный выход в космос не опаснее
городской автомоби:1ьн ой поездю1.
Первые шаrи челове­
ка в кос11ическо11
пространстве.
Так
быJ1 виден ва экране
те.1евизора
выход
А. А. Леонова 11з ко ­
рабJ1я в космос. На­
право от KOCllOHBBTB
открытая
крышка
JllOKB.
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
Гораздо серьезнее радиационная опасность.
Орбиты космических кораблей пока пролегают
ниже земных поясов радиации , и за неделю
полета доза облучения (около половины рент­
гена) не превышает допустимую норму . Однако
прп ядерных взрывах на Солнце - хромосфер­
ных вспышках - космонавт и вблизи Земли
может получить смертельную дозу облучения.
Например, при одн ой из мощных вспышек,
отмеченных в фе врале 1956 г., космонавт полу­
чил бы дозу радиации около 10 ООО рентген,
чти в десятки раз превышает с:чертельную дозу.
57

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Однако , находясь внутри корабля со стальной
стенкой , например, в 18 мм, космонавт полу­
чил бы около 100 рентген , что не смертельно ,
но значительно выше .допустимой нормы.
Чтобы исключить вероятность чрез!l
l
ерных
облучений , советские ученые разработалп ме­
тоды заблаговре!l
l
енного прогнозирования хро­
мосферных вспышек на Солнце , и это значи­
тельно увеличил о безопасность полетов .
Через неско.'Iько дней после знаменатель­
ного полета корабля «Восход-2» мир узнал
о значительном успехе американских космо­
навтов Гриссома и Янга . Аме риканским уче­
ным впервые удалось осуществить полет двух­
местного корабля , который , сделав 3 витка
вокруг Земли, благополучно приводни.1
1
сяв
Атлантическом океане .
Через нек оторое время посл е выхода в ,от­
крытый космос нашего космонавта Леонова ,
такоii же эксперимент удалось повторить и
американцам . 3 и юня 1965 г. после трех обо­
ротов вокруг Земли американские космонавты
Джеймс Макдиватт и Эдвард Уайт , стартовав­
шие на космическом корабле (<Джеминай-IV1>,
отк рыли л юк и Уайт вышел в космос .
По разработанной ранее программе косми­
ческих исследований в этом полете планиро­
валась только разгерметизация кабины - наме­
чал ось открыть л юк , проверить действие всех
устройств в разреженном пространстве и снова
«Дже11
1
11иай-IV»
з ак рыть л юк . Но успешный . выход Леонова
рассеял все опасения и п озволил сократить
программу .
Так же , как и советский космонавт , У айт
uыл соединен с кораблем гибким фалом дли­
нойв7,6.1
1
i и пробыл в космосе около 20 минут .
В открытом пространстве Уайт мог переме­
щаться с помощью реактивного пистолета ,
которым авторы научно-фантастических рома­
нов обычно снабжают космонавтов , ведущих
работу в космосе. Пистолет - . это маленький
реактивный двигател ь, в двух. баллонах кото­
рого размещено (< Горючее •> - сжатый .кисл о­
род. Открывая нлапан, Уайт вЬшускал струю
га за в то или иное сопло и перемещался вме­
сте с пистол етом в сторону, противоположную
58
струе . Уайт отметил , что он оче нь быстро
осв оил пистолет и свободно управля л положе­
нием своего тела .
Сжатый газ в пистолете американского кос­
монавта быстро кончился (его было всего 600 г),
и большую часть времени , проведенного в кос­
мосе , Уайт перемещал ся , подтягиваясь з а фал .
Макдиватт и Уайт получили для полета
весьма обширную программу , во значитель­
ную часть ее выполнить не уда лось и з-за непо­
ладок и неожиданных препятствий. Не уд алось
выйти на втором витке, не удалось сблизиться
с последней ступенью ракеты , не удалось спл а­
нировать при входе в атмосферу Земли, и пере­
грузки доходили до 8 вместо 4- 5 g.
Во время полета космонавты пережили
нескол ько неприя тных минут . После возвра­
щения Уайта в корабль долго не уд авалось
закрыть л юк . Тол ьк о через 25 минут удалось с
этим справиться . От повторного открывания лю­
ка на следующем витке пришлось от казаться .
Готовясь к выполнению своей программы
полета к Луне , амер иканцы 21 августа 1965 г.
вывели в космос корабль той же серии (<Дже­
ми най-V 1> . Носмонавты Нупер и Нонрад 8 суток
пробыли в космосе , проверяя работу различ­
ных
устройств корабля , проводя научные
и технические эксперименты и измерения. Не­
пол адки в электропитании корабля чуть не
прервали этот длител ьный полет .
Нупер и Новрад наблюдали из космоса
тропический шт орм, разыгравшийся в Тихом
океане . Они разгл ядели авианосец и эсминец ,
шедшие в один из американских портов на
побер ежье Атлантического океана . По поруче­
нию военного министерства они наблюдали
и фотографировали з апуск баллистической ра­
кеты и провели серию других наблюдений.
Длите льность полет а - 8 суток - была
з апланирована не случайно . Это примерно
тот срок , который необходим для первого путе­
шествия человек а на Луну и обратно . Полет
показал , что современный космический корабль
с л юд ьми может находиться в космосе длитель­
Rое время .
HEBECOl\IOCTЬ
При длительных полетах, вроде пятиднев­
ного полета Валерия Быковского , усидеть в
кресле трудно. Да в этом и нет необходимости.
Прост орная кабина позволяет , отсте гнув рем­
Нif, выходить из кресла, сделать зарядку и
свободно «поплаватм в кабине.

Гагарину еще не разрешали выходить из
кресла: был о неясно, как отразится дл11тель­
ная невесомость на состоянии человека, смо­
жет ли он сн ова надежно присте гнуться рем­
нями к креслу и т. д. Но первые же полеты
исключили все сомнения . Николаев и Попович
по нескольку раз отсте гивались и «плавали»
по кабине . К их полетам кабина была несколь-
1\о перестроена - стало проще и: уд обнее вы­
ходить из кресла.
Космонавты рассказывали, что они с нетер­
пением ждали этот час, предписанный програм­
мой полета, отстегивались , делали зарядку и
подолгу парили в невесомости.
Многие устройства в кабине рассчитаны
на невесомость . Вся внутренняя поверхность
Rабпны выложена мягким материалом , чтобы
оградить вых одящего из кресла пилота от
ушибов . Все предметы закреплены пли поме­
щены в карманы , тюбики и пакеты с пищей
уложены в заRрытый ящик , а карандаш , кото­
рым космонавт вносит записи в бортжурнал ,
привязан на длинном шнуре.
Валерий Быковский особенно подробно
демонстрировал состояние невесомости. На эк­
ранах тел евизоров весь мир мог видеть , как
пе ред лицом космонавта повисал тюбик с пита­
тельным желе , как от толчка пальцем тюбик
отправлялся путешествовать по кабине корабля
пли начинал вращаться .
Но невесомость приводит не только к забав­
ным положениям из-за того, что предметы
теряют вес и беспорядочно плавают по кабине .
Невесомость накладывает свой отпечаток на
работу человеческого организма, на его ощу­
щения , особенно на работу так называемого
вестибулярного аппарата .
Этот оргав обеспечивает равновесие и вер­
т1шальное хождение человека - это как бы
датчик верти:кали в нашем организме . Работа
этого органа определяется воздействием силы
тяжести.
Специальные полеты на самолетах, а затем
полеты :космонавтов показали, что исче знове­
ние тяжести не вызывает неприятные ощуще­
ния, Наиболее всесторонние наблюдения ве­
лись на :корабле «Восход» . Каждый человек
боспринимает невесомость по-сбоему. Тщатель­
но анализируя свои ощущения , Егоров и Фео:к­
тпстов обнаружили, что, когда глаза за:крыты,
начинает :казаться , что ты находишься в пере­
вернутом положении. Егорову, например, ка­
залось , что его лицо направлено вниз , а у I\о­
маров а вообще не возник ало ни:каких иллюзий
«перевернуто го положения» . Все трое отме-
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
чали, что эти ощущения не были особенно
непр11ятными и появлялись .11 ишь , когда на
них сосредоточено внимание . Наблюдая за
своим-и ощущениями, :космонавты заметили
также , что резкие движения головой вызывают
легкое головокружение . Но, во вся:ком слу­
чае , все эти отклонен11я от нормального состоя­
ния не мешали работе .
Интересно, что проверна тоююй :коорди­
нацпи движений показала , что они совер­
шались без затруднений. Например, почер:к
в невесомости не изменяется . Работа с
любым точнейшим научным прибором, тре­
бующим многочисленных манипуляций , не вы­
зывает затруднений. А эти выводы очень важ­
ны для будущих длительных полетов ць лых
колле:ктивов ученых , установлено , что можно
и в условиях невесомости работать с самыми
разнообразными научными приборами.
Врач Егоров провел таюке и другие спе­
циальные медицинсRие исследования . На бор­
т.у корабля он брал у :кос111онавтов кровь для
последующего анализа на Земле , записывал
биотоки головного мозга , регистрировал рабо­
тоспособность мышц кисти рую1, провел наблю­
дение над состоянием зрения и, что особенно
интересно , измерял давление :крови. С Rаж­
дым полетом углуб.1 1яются 11сс.11едования , как
ведет себя человеческий организм в космиче­
ском полете , и с уверенностью можно сказать,
что в ближайшем будущем для врачей будет
оставаться все меньше и меньше вопросов ,
связанных с условиями .:космического полета.
До первых полетов в космос ученым было
во многом загадкой, 1\ак организовать в состоя­
нии невесомости прием пищи . Было известно,
чт о·жидкость либо соберется в шар , либо рас­
течется по стенкам , смачивая и:х . Можно ли
будет пить воду, например, из стакана? На­
верняка нет ! I\усочки пищи раздетятся по
кабине . Особенно опасными казались 111елкие
Rрошки: будучи взвешены в воздухе, они
могут затруднить дыхание . Поэтому было пред­
ложено готовить пищу в виде питательной
пасты-паштета, помещать ее в тюбики, из
которых космонавт должен выдавливать ее
прямо в рот. Воду предл агалось космонавту
высасьшать из сосуда.
Практика в основном подтвердила эти пред­
положения , но и внесла некоторые существен­
ные поправки. Питаться из тюбиков оказа­
лось удобно, но, соблюдая аккуратность , можно
есть пищу и в ее земном виде . Космонавты
брали с собой жареное мясо , ломти хлеба. На
корабле «Восход» было организовано для эки-
о9

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
пажа четырехразовое питание. А при полете
Быковско1·0 телезрители видели, как он ел зеленый
лук , пил воду из пластмассового флакончика
и с особым уд овольствием ел воблу.
Невесомость грозила сил ьно усл ожнить
процесс дыхания . Высказывалось предположе­
ние , что выдыхаемая углекислота будет скап­
ливаться у рта , мешая доступу свежего воз­
дух а. Создатели корабля позаботились о хоро­
шем перемешивании воздух а в кабине . Это
нужно для того , чтобы воздух непрерывно
поступал в систему регенерации , где он фильт­
руется и обогащается кислородом , и в систему
терморегу лирования для охлаждения или по­
догрева.
При невесомости резко нарушается пе ре­
дача тепл а через газовую среду. В земны х
вентиляционных 11 отопительных системах теп­
лый воздух , как более легкий, поднимается
вверх , а холодный опускается вниз, поэтому
и происходит циркуляция воздушной массы .
В космосе , где нет ни ве.рха, ни низа и нет веса ,
ци ркуляция может быть налажена только при­
нудительным перемешиванием .
МИКР О К.JIИМАТ
Для нормальной жизнедеятельности кос­
монавту нужен
постоянный микроклимат ,
т. е . постоянные климатические условия , на
которые не влияет окружающая ракету среда.
С высокой точностью подде рживаются в к а­
бине барометрическое давление , темпе ратура ,
влажность и газовый состав воздушной среды.
Система регене рации (восстановления) воздух а
поглощает углекислый газ и влагу , выделяю­
щиеся при дых ании, и подде рживает в воз­
духе постоянное содержание кислорода . На
всех :кораблях воспроизводилась земная атмо­
сфера, и космонавты чувств овали себя в этом
отн ошении как дома.
РАДИОСВЯЗЬ
На Земле поддерживается с кораблем чет­
кая , удобная и непрерывная радиосвязь . Что­
бы связь была регулярной и днем и ночью
и на любом участке полета , в каждой ракете
устанавливается
несколько приемопередат­
чиков , работающих на разных волнах . Голос
друзей звучит в шлемофонах и в нескольких
громкоговорителя х. Терешкова и Быковский
в полете разговаривали друг с другом . А Но-
60
маров , Феоктистов и Егоров уже не нужда­
лись в радиосвязи между собой. Систем а связи,
отработка которой началась еще при пус­
ках кораблей с животными , обе спечил а дву­
сторонние радиотел ефонные переговоры с Зем­
лей и возможность наблюдать за космонавтом
в телевизор. Объектив телевизора как бы п ри­
ближал космонавта к Земле.
Телевизионная система на корабле «Вос­
ход» позволяла, кроме того , «смотреть сквозь
стенку» кабины . Она обеспечивала обзор ок ру­
жающего ракету пространства даже через те
участки стенки , где нельзя был о прорезать
обычный иллюминатор ,- со стороны прибор­
ного отсек а, тормозной и двигательной уста­
новок . С «Восх одю> передавались на Землю
по телевидению картины , которые наблюдали
космонавты .
Но самые волнующие кадры были пе ре­
даны при полете «Восхода-2» . Телезрители с
затаенным дыханием наблюдали за тем , как
впервые в косм ос вышел чел овек, как он от-
4<МОЛНИЯ· 1»
плыл от корабля , совершал различные двп­
жения , парил в космосе и снова вернулся
к кораблю ...
С советских космических кораблей впе рвые
в мире была осуществлена передача из космоса
движущихся изображений.
На кораблях «В осток» 11 «Восх од» телеви­
зионные системы были значительно усове ршен­
ствованы и позволяш1 вести передачу из кос­
моса через интервидение на всю планету
(см. в т. 5 статьи «Телевидение)> и «Радиоэлек­
троника в космосе)>).
Космическое телевидение было впервые реа­
лизовано в нашей стране запуском спутника­
ретранслятора «Молния-1», который вышел
в апреле 1965 г. на эллиптическую орбиту с вы- ·
соким апогеем - 40 тыс . /'Мt . С помощью теле­
визионного ретранс лятора , установленного на

.··
=
-=
11 1�1 HI ,11 \111t\11ll\11I)11
-
-
-
-
-
-
--
--
--
-
..:
::=
=-
--
спутник е, проводилась успешная двухсторон­
няя передача программ Москва-Владивосток
и Владивосток -Москва. В космос на ретрансля­
тор од новременно подавались сигналы с двух
на з емных передатчиков , и по «радиомосту» осу­
ществля лось как бы «двухстороннее движение».
Через космос передавались телефонные разго­
воры , .телеграфные сообщения и даже ц ветное
изображение .
Такие же эксперименты провели и амери­
канцы , перебросив через космос радиом ост
между Америкой и Европой .
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
СПУ.СR С ОРБИТЫ
Пока все космические корабл и летают по
так называемым самотормозящимся орбитам.
Первые спутники тормозились от трения об
атмосферу, снижались и сгорали в более плот­
ных ее сл оях . Чем ниже орбита, тем меньше
живет спутник . «Низкие» орбиты позволили
максимально обезопасить полет человека: в
случае отказа тормозных устройств корабль
будет 'Рормозиться в атмосфере и опустится на
Землю сравнительно скоро. Конечно, время
и место приземления в этом случае нельзя
предугадать точно. Орбита корабля «Восход»
была поднята над Землей значительно выше
(апогей - 409 км) . Поэтому уже нельзя было
рассчитывать на самоторможение .
Чтобы обеспечить безопасный возврат космо­
навтов на Землю , на корабле были установле­
ны два тормозных двигателя (один из них -
запасной) .
Корабли «Востою> и «Восход» могли спу­
ститься с орбиты , исполь зуя как автоматиче­
ское , так и ручное управление . Перед спуском
корабль разворачивается с помощью двигателей
ориент ации так , чтобы ось тормозного двига­
теля совпадала с направлением полета , а сила
тяги этого двигателя была направлена навстре­
ч у полету , т. е . чтобы двигатель «тянул назад»
и тормозил корабль. Запас эне ргии корабля
падает , и он сни жаетсн ... увеличивая скорость !
Именно увеличивая , а не уменьшая. Это
одно из свойств космических полетов.
Затормозив , кораб;1ь оказывается в плот­
ных слоях атмосферы и из орбитального по­
лет а пе реходит на крутоспадающую траекто­
рию спуска. После того как будет пройдена
зона воздействия высоких температур, вклю­
чается система призе,\r.'Iения , т. е. дополнитель­
ная система торможен ия в нижних слоях атмос­
феры , которая обеспечит кораблю приземление
с малой скоростью.
Пилот , находящийся на корабле «Восток»,
может приземлиться как в самом корабле ,
так и на парашюте после катапультирования
и отделения кресла от корабля . Трехместному
«Восходу» конструкторы обеспечили «мягкую
посадку» . Необходимость иметь в запасе еще
и катапультирование полностью отпала.
Основная проблема при возвращен ии из
космоса - тепловая защита .корабля ниже
250-100 км, .когд а уже . сказывается сопро­
тивление
атмосферы .
Ученые
занялись
этой проблемой еще до запусна первых спут­
ников . Уже тогда было ясно: какую ни выбрать
61

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Постепенное торможеннс косм и ческого корабля . В апогее орби­
ты, пр11 проходе через верхние слон атмосферы корабль тормо­
зится , 11 на следующей орби те его скорость уже уменьшается .
траекторию спуск а, придется защищать ал п а ­
рат от перегрева и выде рживать весовые пере­
грузки. Проще всего было бы спус.каться по пла­
нирующей траектории , тогда торможение может
быть как угодно :м едленным , будут малы­
ми перегрузки и перегревы . Но для планирую­
ще го сп уска кораблю нужны крылья. :Крылатый
корабль мог бы снижаться и по рикошети­
рующей траектории. :Когда-нибудь такие ко­
рабли будут как бы нырять в земную атм о сфе­
ру, тормозиться в ней и снова высl\акивать , чтобы
остыв ать , - и так несколько ра з, поnа не будет
погашена большая часть скорости нор::�.6ля.
Но пока такие планирующие косм опл а­
ны не созданы , наиболее эффективный спо­
соб - применять тормозной двигатель. Пред­
лагались , правда , и тормозящие «паруса» , но,
чтобы сп уститься с высоты 500 до 80 км при
помощи «паруса» в 200 �t2, кораблю пришл ось
бы сделать миллион оборотов вокруг Земли .
Тяга тормозного двигателя должна быть
направлена строго по касательной к траекто­
рии полета. Чем резче будет тормозиться ко­
рабль, тe!II меньше понадобится ему горючего
и тем, следовате.т1ьно, он может быть легче .
При быстром прохождении атмосферы по­
верхность nабины нагревается очень сильно.
Гагарин наблюдал при спуске , как за жаро­
прочным иллюминатором буква.1 ьно бушевало
пламя . Но за малое время спуска сгореть
успевает только слой тепловой защиты , д а
и то лишь частично, а сама кабина не прогре­
вается . При медленном торможении поверхно­
стный нагрев будет меньше , но общее количе-
62
ство выделившегося тепла больше , а значит ,
отвести те пло и изолировать кабину сложнее .
Тормозить корабJ1ь в воздухе могут пара­
шюты.
Парашютные системы открываются
сразу же после входа корабJi я в плотные слои
атмосферы. Но последний этап спуск а - при­
земление - они обеспечить не могут . Есш1 бы
корабль приземлялся только на парашюте,
уд ар его о почву мог бы вызвать перегрузку ,
опасную для жизни космонавта. Именно из-за
эт ого один из полетов в Америке чуть было
не окончился трагически.
Для смягчения уд ара предлагаются разные
способы. l\fожно перед посадкой надувать под
кораблем воздушные меш1>и : в момент посадки
воздух сожмется , а частично будет выдав.1 ен
через специальные отверстия , на это изр а­
сходуется какая-то эне ргия , значит , у�юпь­
шится и перегрузк а. Можно разместить на
днище ячеистые соты из тонкой аJiюмюшевой
фольги иш1 какой-либо пленни и запоJiю1ть нх
воздухом - такая подушка также смягчит уд ар.
Предл агается даже «прыгающая» посад1-\ а:
корабль с пJiосним овальным днищем должен ,
подпрыгивая по грунту (кан плос1шй камень
по воде) , постепенно погасить свою скорость .
Правда, лона такой способ рассматривается
всерьез Jiишь для доставки грузов .
Самый иде альный способ приземления
«мягкая» посадка, впервые примененная на
корабле «Восх од» . Этот способ самый дорогой
и сл ожный, так как нужно включать двига­
тель и расходовать топJiиво, но в принципе
он может обеспечить любую скорость (а зна­
чит , и «мягк осты ) посадки. Скорость снижаю­
щегося корабJiя гасится реактивными двига­
телями, которые автоматически включаются
на небольшом расстоянип от Земли. Тормоз-
Схема раЗJ111чных типов траекторий при спуске на поверх­
ность Земл11.

вые двигатели действуют в ст орону, проти­
воположную направлению полета, н плавно
сн ижают скорость корабля. Он как бы пови­
сает в возд ухе . Перегрузки при таком при­
зе млении могут быть очень малы, а сам уд ар
может вовсе отсутствовать .
На корабле «Восх од» через некоторое время
после того , как кончил работать основной
тормозной двнгатель п 1\орабль стал сходить
с орбиты , был отделен от кабины приборный
отсек. В «аккуратно��» спуске eFo на Землю нет
не обход1в1 0сти , а лпшннii вес усл оащил бы
систему п рнз01
1
1леш1я .
Скорость был а погашена прн спуске в ос­
новном за счет тор.м оження в атмосфере , где
нагрузку приняла тепловая защит а кабины
корабля . Затем на высоте 5 к.1t при скорости
сн ижения около 220 Jtt !ce к были автоматически
раскрыты парашюты , на них кабина и про­
должала свой спуск . И только перед са.мой
Землей был включен двигатель 111я гкой посадки.
Из сказанного видно, что строить пасса­
жирские космопл аны , выходящие из космоса
бе з сильных перегрузок , станет возможным ,
лишь когда будут созданы мощные ракеты ,
сп особные вывести на орбиту 111 ногие тонны
полезного груза , в том числе горючее, или
крылья и сложные системы те р м озащиты .
Полеты на кораблях ((Восток» и «Восход»
подтвердили, что советские ученые и :инже­
неры научились создавать космические кораб­
ли, ноторые полностью обеспечивают антивный
творчесний полет .
ПРОБЛЕМЫ Б''ДУЩЕГО
Нинто не может предск азать , когд а и111енно
нога чел овека ступит на поверхность Луны,
Вене ры, Марса. Однако многие научно-тех ни­
ческие проблемы , свя з анные с подготовкой
и проведением таких полетов , уже сейчас ожив­
ленн о обсуждаются учеными .
Прежде всего обсуждается проблема топ­
лива. Если бы было можно увеличить его кало­
рийность в 2-3 раза , то уже существующие
ракеты с экипажем смогли бы облететь Луну и
вернуться на Землю . Увеличение калорийно­
сти топлива еще в несколько раз позволило бы
сов ершить такие же полеты к Венере и Марсу .
На этом , по всей вер оятности , и кончаются
возможности химичесного топлива . Во-первых,
никакие ухищрения не позволяют безгранично
увеличивать его калорийность, т. е. з апас хими­
ческой энеу гии . Во-вторых , любое химическое
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ
...
.
..
'r•
.,,...
.
"r ·�',
�r
"�:·:
..
.
..
.
.:
,
ТОШПI ВО з анимает МНОГО :\I ест а, оно СЛIIШКОМ
тяжело и часто таит в себе опасность взрыва.
Чем дал ьше рейс , тем больше, а значит,
и тяжелее дол жен быть космический корабль:
т ем больше кислорода , воды и пищи он долтен
нести в себе, тем больше до.;:�жны быт ь источ­
нщш электропитания . При той скорости , кото­
рую может развить ракета на химическом топ­
ливе , продол жител ьность полета к Луне и
обратно не превысит 2-3 недел ь, а полеты к
Венере и Марсу продлятся минимум 1-2 года .
Полеты к большим планетам , Юпитеру или
Сатурну, з аняли бы десятилетия .
Ясно , что здесь нужны принцrшп ально
новые решения . Наука и техника уже вплотную
подошли к созданию таких ракетных двига­
телей , которые при гораздо :\1 еньшем размере
и весе будут развивать невиданную еще ско­
рос ть. В первую очередь это атомные, штаз­
менные и ионные двигатели . Не вдав аясь в
детали , скажем только, что с помощью таких
ракетных систем можно будет отп равлять в по­
лет к планетам космические корабли, веся щие
м нш·ие десятки тонн , и р азвивать скорость до
100 KJtt /ceк. Впервые в мире плазменные двига-
63

ДВИЖЕ НИЕ И ЭНЕ РГИЯ
тели были применены на советской автомати­
ческой космической станции «Зонд-2)) . Они
были включены в систему ориентации этой
ракеты и успешно прошли испытания в Rосмосе .
Из других проблем космонавтики уже
се йчас встает перед учеными и инженерами
проблема ориентировки в космическом прост­
ранстве . Опыт посылки автоматических меж­
планетных станций говорит , что для точного
полета нужно иметь возможность один или
несколько раз подправить ракету на кос­
мической трассе .
Но в какую сторону и на сколько градусов
нужно изменить направ.'l ение полета? На
сколько метров в секунду нужно ускорить или
затормозить полет? Все летательные аппараты ,
трассы которых пролегают вблизи Земли, ори­
ентируются по видимым точкам или радиоори­
ентирам , расположенным на ее поверхности.
Все полеты в космосе до сих пор также коррек­
тировались с Земли с помощью разветвленной
сети наблюдательных станций. Эти станции
передавали свои набдюдения в счетно-вычисли­
тельный центр, там определялись поправки,
которые и посылались на лет,ящую ракету.
Но чем дальше от Земли пролегают трассы
космических кораблей, тем труднее следить
за ними и тем менее надежна с ними связь.
Значит , автоматы или сами космонавты-должны
ориентироваться по звездам , находить св ое
место в космиче ском прост ранстве и вычис­
лять поправки своей траектории . Они долж­
ны знать точное расстояние от Солнца , от Зем­
ли и от планеты назначения , иметь прибо­
ры , показывающие скорость и количе ство
пройденных километров , акселе рометры , авто­
матически фиксирующие примененные ускоре­
ния , они должны знать точное направление
своего движения . Одна из важнейших задач
космонавтики - создать этот комплекс при­
боров , а также компактные и надежные элек­
тронно-вычислительные
машины , способные
быстро обрабатывать показания приборов.
Не менее сложно обеспечить космонавтов
пищей, водой , кислородом, сконструировать
скафандры , приспособленные как к жаре и плот­
ной атмосфере Венеры, так и к разреженному
и холодному воздуху Марса. Десятки проб­
лем встают перед наукой, разрабатывающе й
будущие полеты в космос.
•
RРЫ.JIАТЫЙ ПОЛЕТ
Люди издавна мечтали о покорении воздуш­
ноil стихии . Народная фантазия рисовала 1юв­
ры-самолеты , крыл атые колесницы , огромных
сказочных птиц, которые переносили человека
по воздуху.
Чтобы полететь, надо преодолеть земное
притяжение . «Человек ,- говорил оте ц рус­
ской авиации Н. Е. Жуковский ,- полетит,
оп ираясь не на силу своих мускулов , а на
силу своего разума)) . Наблюдая природу , чело­
век постепенно постиг физические законы , осо­
знал их и использовал для создания летатель­
ных аппаратов разных типов.
Очевидно, по образу и подобию парящих
в небе облаков были созданы первые средства
полета: летательные аппараты легче воздуха­
воздушные шары , дирижабли. Воздушные ша­
ры и сейчас используются для изучения атмо­
сферы, для решения задач геофизики и метео­
рологии.
Птицы опираются в полете на воздух; они
подсказали человеку принцип летательных ап-
64
паратов тяжелее воздуха - планеров , само­
летов и вертолетов . Уже сейчас самолеты ле­
тают быстрее звука и превышают скорость
артилле рийских снарядов (скорость звука -
<ж оло 1200 км/ча с, снаряда -около 2000 км/час) .
Самолеты могут подниматься на 25 и даже на
40 км. Ни одна птица не летает так бы­
стро и так высоко.
Брошен ный камень летит по инерции , если
ему сообщить достаточную начальную скорость.
На этом принципе чел овек создал ружье , пуш­
ку, ракету.
АППАРАТЫ JIЕГЧЕ ВОЗДУХА
Воздух , как и жидк ость, обладает весом
и давлением. На уронне моря 1 м3 воздуха
весит приблизительно 1,3 кг, а атмосфернее
давление - около 1 бар. С увеличением высоты
плотность воздуха и давление в нем резко
уменьшаются :

У
С
Т
А
Н
О
В
К
А
Д
Л
Я
У
С
Т
А
Н
О
В
К
А
Д
Л
Я
Ш
У
М
О
Г
Л
У
Ш
Е
Н
И
Я
А
а
ро
д
в
н
а
м
ич
ес
к
а
я
т
р
уб
а
.М
А
иm
ьr
r
a
.
в
и
я
м
о
д
м
е
й
са
м
оп
ето
а
в
с
ае
р
UВ)'l!
о
а
ьп
п
ото
к
а
х
воа
дух
а
.
с
"
м
о
8'C
UЭJI
-
р
а
бо
ч
а
я
ч
а
ст
ь
а
а
ро
д
и
н
а
м
н
ч
е
с
к
о
й
т
р
у
б
ы
дл
я
н
с
о
ы
·
т
а
н
и
я
са
м
оп
ето
а
п
р
и
м
ал
ы
х
с
к
о
рост
ях
воз
ду
ш
н
о
го
п
ото
к
а
.
Т
а
б
л
и
ц
а
н
c
m
a
m
ъ
e
"
R
p
ы
л
a
m
"'8
t1
n
o
..te
m
"

Т(16л:мце1 н еmаmъг ,,Крылатый nолгm."
Типы са:1
1
олетиых двигателе!!. Typfiot1ttнmot101' двиоаmель: 1 - ре.цуктор, 2 - компрессор, :J - камера сгорания, 4 - тур­
б11и1< : 1'111>liopeaк_""н..,i• дflи•аmв"ь: 1- ВО3J:1УХОЗ8бори11к, 2 - компрес
со
р,:i-ка:1
1
ер11 t·горания, 4- турбина, � - форсаж­
ная камера, в - реактивное сопло. Лря."оmочн.ъ•й t1оадушн.о-реахпаut1ный двuоаm".�ь: l··-а•�1духозабориик, \1- камера сгора­
нии, ;1 - ре&КТНВНОе СОПЛО. Ж·1&дНОСпl><Ыit J>еанntщ�ный двu�аmель: J И 2-реаервуары i\:IЯ ТОПЛИВ8 И ОКИСЛНТелЯ, 3 - Камера
сгорания, 4 - р�активиое сопло.

1 Во сколько раз
1 Во сколько раз
Высота в км
уменьшается
уменьшается
плотность
давление
о
1,0
1,0
5
1,7
1,9
10
3,0
3,8
15
6,3
8,4
20
14
18
30
69
85
40
310
340
50
1140
1 200
60
3700
4150
70
13 200
18 800
80
58 500
91 ООО
Высоту в 40 -60 км, где плотность и дав­
ление воздуха уменьшаются в сотни раз, обыч­
но считают практической границей атмосферы.
«Всякое тело, погруженное в жидкость,
теряет в своем весе столько, сколько весит
вытесненная им жидкосты - этот закон Ар­
химеда может быть отнесен и к воздуху.
Поэтому для преодоления силы тяжести
надо, чтобы летательный аппарат был очень
легким и при этом вытеснял . бы значительный
объем воздуха. Такой аппарат можно себе
представить просто в виде пустотелого шара,
из которого выкачан воздух. Но на такой шар
будет действовать бощ.шое атмосферное дав­
ле ние , и оболочка его должна быть очень
прочной.
При современном уровне техники нельзя
сделать оболочку одновременно и легкую и
достаточно прочную. Но если шар заполнить
газом более легким, чем воздух (т. е . с мень­
шей плотностью), то давление изнутри и сна­
ружи шара можно уравновесить. Обычно ис­
пользуют водород или гелий: водород в 14,
а ге.1
1
ий в 7 раз легче воздуха.
Первые воздушные шары заполнялись на­
гретым воздухом: при нагревании воздух рас­
ширяется и становится легче. Такие воздушные
шары были впервые построены в конце XVIII в.
во Франции братьями Монгольфье. Модель
такого шара нетрудно сделать самому. Надо
склеить его из долек папиросной бумаги и
снизу через отверстие наполнить теплым воз­
духом, подержав шар, например, над костром.
Шар перестанет летать, когда воздух в нем
охладится.
СJвременный воздушный шар с герметиче­
ской кабиной для человека называется страто­
статом. Чтобы такой шар смог подняться на
большую высоту, где плотность воздуха стано­
вится все меньше и меньше, он должен вытес-
о5д.э.т.3
КРЫЛАТЫИ ПОЛЕТ
пять все больший и больший объем воздуха.
Поэтому приходится сначала шар заполнять
газом не полностью; по мере того как ша
·
р под­
нимается, давление в атмосфере становится
меньше и шар расширяется сам (рис, 1). Для
полетов на большой высоте шар делают очень
большим, диаметр его достигает десятков мет­
ров. В 1�35 г. в СССР и США стратостаты под­
нимались на высоту около 22 км . Подъемная
сила зависит от разницы между плотностями
воздуха и газа, наполняющего стратостат. I\аж­
дый кубометр водорода на уровне моря облада­
ет подъемной силой:
F=(Рв-Рн)·g =
•
= (1,29 к: -0,09 кгз )·9,81!!:_
_
�122:.
.
3.
м
м
кг
м
Чтобы поднять груз с массой в 1 кг, нужно
приложить силу в 9,81 н. На каждый килограмм
груза объем воздушного шара, наполненного
водородом, должен быть:
на уровне
моря - 0,84 м3
,
на высоте 20 км - 11,5 м3,
на высоте30км- 57 м3,
на высоте40км-260м3
•
Рис. t . На взJJетной площадке воздушный шар наполняется не
полностью. На .большой высоте ·газ расширяет ero оболочку.
60

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Рис. 2. Дирижабль.
Оболочка воздушных шаров должна быть
сделана из очень легкого и Прочного материа­
ла. Современная химичесная промышленность
изготовляет специальные плен:ки, 1 м2 :которых
весит 30 -50 г (30 лет назад материал для
оболочки стратостатов ве сил 100- 150 г/м2).
Воздушные шары почти неуправляемы·и ле­
тят, куда дует ветер. Поэтому сейчас они ис­
пользуются только для научных исследованwй
атмосферы Земли, для разведки погоды, а иног­
да и для военной разведки. На таких шарах
установлена специальная а�паратура, которая
передает полученные сведения по радио. В годы
второй мировой войны на привязанных воздуш­
ных шарах (аэростатах) поднимались прово­
лочные противоавиационные заграждения.
Аппарат легче воздуха можно снабдить дви­
гателем и рулями, и тогда он летит в нужную
человеку сторону. Такой управляемый аппарат
называется дирижаблем. Чтобы сопро­
тивленйе воздуха было как можно меньше, ди­
рижаблю Придают вытянутую сигарообразную
форму (рис. 2). Для жесткости его оболочка
натянута на металлический каркас. Строились
и цельнометаллические дирижабли, внутри ко­
торых были расположены резервуары с легким
газом.
Понятно, что дирижабль не может летать
так же высоко, как стратостат, потому что
объем его почти постоянен. Обычно дирижабли
достигают высоты не более 6 км,. а ма
:
ксималь­
ная скорость их - около 150 Кмiчас.
Строительство дирижаблей развернулось
после первой мировой войны. Сначала дирижаб­
ли были построены в Германии, затем в США и
СССР.
Но широкого распространения они не
получили. Водород, которым их наполняли,
легко воспламеняется (были случаи, когда ди­
рижабли сгорали в воздухе), дирижабли боль­
шого размера могут сломаться, попав в силь­
ный ветер. Наконец, дирижабли оказались
непригодными для военных действий: их
легко сбить из-за боJiьшого размера, малой ско­
рости и малой высоты·полета. Но дирижабли не
66
похоронены. Во многих странах про
.
ектируют
и начинают строить дирижабли-гиганты для
перевоз:ки очень больших грузов.
llOЧEMY ЛЕТАЕТ САМОЛЕТ
При выстреле из ружья стрелок ощущает
отдачу -:- толчок приклада в плечо. Эта сила
действует на приклад ружья очень короткое
время - около 0,002 сек. Но на стано:к пулеме­
та эта с'Ила действует почти постоянно, пока
пули вылетают из ствола.
Так же и летательный аппарат может полу­
чать постоянную подъемную силу, если он бес­
Iiрерывно отбрасывает воздух вниз. Именно для
этого и нужны самолету крылья. Если :крыло
двигается горизонтально и при этом поставлено
под углом к направлению движения (этот угол
называется у гло м а т а к и), оно отбрасы­
вает встречный воздух вниз (рис. 3) и тем самым
Рис. 3. Крыло, по�тавленное под углом атаки, отбрасывает при
движении воздух вниз и этим создает подъемную силу.
создает подъемную силу, направленную вверх.
Образование подъемной силы основано на
законе механики о количестве движения (вто­
рой закон Ньютона):
где т - масса тела (в нашем случае это масса
отбрасываемого воздуха); v2 - v1 - изменение
скорости тела (в нашем случае - верти:кальная
скорость отбрасываемого воздуха); Р - cиJia,
действующая на тело (в нашем случае она при­
ложена к воздуху и направлена вниз), и t -
время.
Следовательно,
р=�(V2-V1)•

Так как всякое действие всегда встречает
равное по величине и противоположно направ­
ленное противодействие (третий закон Ньюто­
на), то подъемная сила У будет равна силе Р,
приложена к крылу самолета и направлена
вверх: У = -Р.
Величина подъемной силы зависит от массы
т
ежесекундно отбрасываемого воздуха t, а
она в свою очередь зависит от плотности возду­
ха р, скорости полета v и площади крыла S;
вертикальная скорость воздуха v2 - v1 за­
висит от угла атаки крыла и скорости полета.
Тогда величину подъемной силы можно выра­
зить формулой:
•
pv2
l =Су-2-S,
где Су - коэффициент, который зависит от
формы крыла и угла атаки.
Итак, подъемную силу можно создавать
довольно просто, но для этого обязательно
нужно, чтобы крыло в воздухе двигалось.
Решается это по-разному: птицы, например,
машут крыльями; планеры используют сни­
жение - сопротивление воздуха преодолевает­
ся силой тяжести. Самолету же нужен спе­
циальный двигатель. Но, может быть, выгоднее
повернуть этот двигатель так, чтобы его тяга
компенсировала и тяжесть аппарата? В этом нет
необходимости, так как подъемная сила крыла
во много раз больше сопротивления воздуха.
Отношение получаемой подъемной силы :к со­
противлению называется
аэродинами­
ческим качеством.Внастоящеевремя
для дозвуковых самолетов это
отношение достигает 25, а для
сверхзвуковых - 7 .
Развитие авиации во мно-
1
1
1
1
,
/
/
КРЫЛАТЫЙ ПОЛЕТ
(<;JBYROBOlt БАРЬЕР>>
И (<ТЕПЛОВОЙ БАРЬЕР>>
В 50-х годах самолеты преодолели <(звуко­
вой барьер» - их снорость стала больше ско­
рости звука, т. е . больше 1200 км/час, или
340 м/сек (на большой высоте, где температура
ниже, скорость звуна уменьшается). Преодо­
леть этот барьер было нелегно.
l\огда :какое-нибудь тело, например крыло
самолета, движется, в воздушной среде возни­
каютвозмущения ввидеволнсжатия
и разрежения (рис. 4). Они <шодготовляют>>
воздух :к обтенанию нрыла: частицы воздуха
приобретают скорость и <(расступаются» еще
до того, нан их достигнет передняя нромна
нрыла. Но тан будет лишь в том случае, если
снорость движения :крыла меньше снорости
звука, с ноторой распространяются возмуще­
ния. Тольно при этом условии возмущения смо­
гут обогнать нрыло и <шодготовить» воздух н
«встрече» с ним. В результате воздух плавно
обтекает нрыло.
EcJIИ же :крыло двигается быстрее, чем звун,
то возмущения уже не обгоняют :крыло и не
подготавливают воздух н <шстрече». Мало того,
распространяясь во все стороны в неподвижном
воздухе, эти возмущения будут накоплять­
ся, сжимая воздух, :кан это поназано на
рисунке, вдоль двух линий, ноторые называются
ударными волнами. ОбтенаниенрЬ1-
ла уже не будет плавным. Это создает дополни­
тельное, тан называемое. волновое соп
·
ротивле­
ние. (l\огда самолет · пролетает со сверхзвуно-
ПУТЬ, nrollдEнныll
ВОЗМУЩЕНИЕМ
/
//
гом зависит от открытий и изо­
бретений в различных областях
науки и техники, и в первую
очередь от развития науни об
обтеканиителгазом-аэро-
динамики. Начала этой
науни заложены исследования­
ми русских ученых Н. Е . Жу­
ковского, С. А. Чаплыгина,
С. А . Христиановича, немецких
ученых Р. Прандтля, Т. Кар­
мана и др. l\роме того, большую
роль в развитии авиации играют:
наука о механике полета, мате­
риаловедение, изобретения в
промышленности, строящей дви­
гатели, и ·В приборостроении.
ДОЗВУКОВАЯ СКОРОСТЬ
СВЕРХЗВУКОВАЯ
СКОРОСТЬ
5*
Рис. t. При дозву1<овой С1<орости возмущения в воздухе обrоняJот 1<рыло.
При сверхзвуновой снорости зти возмущен11я сосредоточиваются· на двух Jtиниях,
образуя ударную волну.
67

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
вой скоростью, то на земле мы часто ·слышим
.как бы удары грома - это доходит до нас
ударная волна). Поэтому при сверхзвуковой
скорости сопротивление движению значитель­
но больше.
В аэрQдинамике удобно измерять скорость
не в метрах в секунду или .километрах в час, а
в отношении скорости полета к скорости звука.
Эта величина называется ч.и сл ом М аха:
скорос т ь по.1
1
ета
М=
.
скорос т ь звука
Число М= 1 соответствует скорости полета
около 1200 км/час, или 340 м/сек. Чем больше
число М, тем сильнее проявляется сжимаемость
воздуха. При небольшой дозвуковой скорости,
.когда число М меньше О, 7 , сжимаемостью
воздуха можно пренебречь: воздух ведет себя
так же, .ка.к любая жид.кость. Раздел аэродина­
мики, изучающий обтекание различных тел
воздухом без учета его сжимаемости, называет­
ся гидродинамикой, в отличие от газовой
динамики, в .которой учитывается сжимаемость
воздуха.
Преодоление «звукового барьера>), т. е. за­
воевание самолетами скоростей, соответствую­
щих числу М > 1, потребовало от ученых и
инженеров широких исследований в газовой
динамике. Они стрем ились уменьшить аэроди­
намическое сопротивление и создать .ка.к мож­
но более плавное обтекание самолета. Сейчас
летчик даже не замечает, .когда самолет превы­
шает скорость звука, а многие первые попытки
получить при пикирован ии даже о.колозву.ковую
скорость на старых самолетах .кончались
.катастрофой: самолет начпнало бросать, он пе­
реставал быть управляемым.
УченЬiе продолжают искать, .ка.к еще боль­
ше увеличить скорость самолета. И тут обнару­
живаются новые интерес ные явления.
Вот самолет подготовлен .к ре.кордному по­
лету. Он выглядит совсем новым, как будто и
не совершили на нем множество тренировочных
полетов. «Взлет разрешаю!>) - передает по
радио руководитель полетов, и самолет стре­
мительно уходит ввысь. Через полчаса, .когда
он идет еще на посадку, уже известно: в течение
нескольких минут самолет превысил скорость
звука больше чем вдвое.
Знакомая во всех деталях машина подрули­
вает .к ангару. Но что это? Краска, .которой на­
писаны большие опознавательные номера, по­
темнела и обуглилась; сверкающая металличе­
ская поверхность самолета во многих ме стах
покрылась пятнами; помутнели стекла .кабины
88
летчика. Такое впечатление, будто самолет
побывал в раскаленной печи. Но ученые и ин­
женеры ждали этого!
Сжатие нагревает газ, и он передает тепло­
ту окружающим предметам. Поэтому, напри­
мер, нагревается насос, .когда накачивают вело­
сипедную шину. То же происходит и с самоле­
том: при полете с большим числом М он сильно
нагревается. Иными словами, преодолев звуко­
вой барьер, самолеты встречаются с тепловым
барьером. Если полет происходит в стратосфе­
ре (т. е . выше 11 км), где температура воздуха
равна - 56,5° Ц, то на поверхности самолета
температура может достигать:
Число М
0,5
1
2
3
4
5
Температура
поверхности
Вt0Ц
-45° -15° +115° +230° +610° +950°
Все материалы при нагревании становятся ме­
нее прочными. Та.к, у алюминия, .который ча­
ще всего применяется в .конструкциях самоле­
тов, прочность снижается очень заметно при
температуре около + 200° Ц. Чтобы преодолеть
тепловой барьер, будут применены новые жаро­
стойкие материалы из металлов и полимеров
(уже сейчас для самолетов начинают применять
сталь и титан), но, .конечно, изменится и форма
самолета. Это сделают ученые и конструкторы.
Если еще больше увеличить скорость полета
(до числа М = 10-15), температура воздуха
станет та.кой большой, что уже необходимо
учитывать изменения физических и химических
свойств газов, образующиеся у самого крыла.
Исследование течения воздуха при таких ско­
ростях началось сравнительно недавно, и по­
лучены лишь первые результаты.
ЗАКОНЫ АаРОДИНАМИКН
И ОБТЕКАНИЕ KPЫ.JIA
Важнейшие физические законы - за.кон
сохранения энергии и закон сохранения массы­
играют существенную роль в аэродинамике.
В простейшем случае, когда воздух ведет себя
ка.к несжимаемая жидкость, эти за.коны выгля­
дят сравнительно просто. Вся энергия жид­
кости складывается из .кинетической энергии,
.которая тем больше, чем больше скорость, и
потенциальной, .которая определяется стати­
ческим давлением в воздухе. Этот закон, окон­
чательно сформулированный швейцарцем Бер­
нулли, указывает: если скорость жидкости рас:­
тет, то давление будет уменьшаться; если она
уменьшается, давление увел ичивается.

Закон сохранения массы говорит о том, что
через любое поперечное сечение потока должно
проходить в каждую секунду одно и то же Rо­
личество газа. Для несжимаемой жидкости
закон этот прост: произведение площади попе­
речного сечения потока на его скорость есть
величина постоянная, т. е. чем меньше попереч­
ное сечение потока, тем больше должна быть
скорость. Этот закон наглядно проявляется
в течении реки: она течет быстрее там, где ее
русло мелкое или узкое. Следовательно, там,
где скорость потока жидкости увеличивается,
его поперечное сечение становится меньше,
а по закону сохранения энергии уменьшается
при этом и давление.
Rогда скорость течения воздуха близка к
числу М = 1, уже нельзя пренебрегать сжи­
маемостью, нужно учитывать, что вся:ний газ при
уменьшении давления расширяется и стремится
занять больший объем. При этом происходит
борьба двух явлений: с одной стороны, увели­
чение скорости требует сужения потока, а с
другой, - это же увеличение скорости приводит
к уменьшению давления воздуха, что требует
уже расширения потока. Оказывается, при до­
звуковых скоростях сильнее первое явление,
а при сверхзвуковых - второе.
На рисунке 5 поназано, что увеличение ско­
рости пр11 числе М <1 сопровождается суже­
нием потока, самое узкое место потока - при
снорости, равной скорости звука. Дальнейшее
увеличение скорости расширяет пото:н.
ИспоJiьзуя эти законы, можно объяснить
обтекание крыла самолета. На рисун:не 6 пока­
заны траектории частиц воздуха, когда они об­
текают поперечное сечение тел (профиль).
Профиль крыла как бы раздвигает поток, и
отдельные струйки сужаются, причем особенно
сильно в верхней передней части профиJiя. Но
там, где струйки сужаются, скорость будет
больше, а давление меньше. В результате дав­
ление распредеJiяется по профилю, как по:наза­
но на рисунке 7. Суммарная подъемная сила
направлена вверх и приJiожена приблизитель­
но на 1/4 ширины профиля. Эта подъемная сила
в основном получается бJiагодаря. разрежению
воз духа над верхней частью крыла.
Rогда воздух обтекает что-либо со сверхзву­
ковой скоростью, в нем возникают скачкообраз­
ные увеличения плотности и так называемые
волны разрежения. Скачок уплотнения - это
линия, перейдя которую скорость сверхзвуко­
вого потона резно уменьшается, а давление, сле­
доватеJiьно, возрастает. В реальных газах толщи­
на этой ЛИ.JIИИ соответствует всего лишь несколь-
ДОЗВУКОВАЯ
СКОРОСТЬ
КРЫЛАТЫИ ПОЛЕТ
СКОРОСТЬ УВЕЛИЧИВАЕТСЯ,
ДАВЛЕНИЕ УМЕНЬШАЕТСЯ
СКОРОСТЬ
ЗВУКА
СВЕРХЗВУКОВАЯ
СКОРОСТЬ
Рис. 5. Исследование давлений среды в аэродинамической тру­
бе. При дозвуковой скорости поток сутаетс11 и скорость увеJ1и­
чивается. При сверхзвуковой скорости поток расширяется.
�
,::
:,
.
-
--
'J--:
:>
�
ПРОФИЛ!. ДОЭIУКОВОГО
САМОЛЕТА
ПРОФИЛ" СIЕРХЭ8УК080ГО
САМОЛl!ТА
CMJfA
соnrош�Енм1
n"' CКOtOCТl
l
800 """� У ШUll
мо�S·tм•
5500кr.
2000п
250кг.
250кг.
Рис. 6. Сопротив.�ешrс воздуху тел с \!аэличной геометрической
формой при дuзвуковои скорости.
ким расстояниям, обычным между молекулами.
Волной разрежения называют линию, при
переходе через которую скорость потона уве ­
личивается с одновременным уменьшением
давления.
На рисунке 8 показано, как воздух обте­
кает профиль крыла при сверхзвуковой ско­
рости. В этом случае суммарная подъемная сила
создается :нак разрежением воздуха над верх-
69

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Рис. 7. Обтекание профиля крыла при дозвуковой скорости.
ней поверхностью крыла, так и давлением на
нижнюю поверхность. Приложена подъемная
сила прибJiизительно в середине профиля.
Чем боJiьше угол атаки, тем сиJiьнее изме­
няется скорость воздуха, обтекающего крыло,
и тем больше подъемная сила. Но при углах
атаки 10-20° (в зависимости от формы крыла и
его профиля) плавное обтенание нарушается. На­
ступает, нан говорят, «срыв потока»: подъемная
сила начинает уменьшаться, а сопротивление
резко увеличивается.
Основное сопротивление при дозвуковых
сl\оростях-этосопротивление тре­
н и я. Оно обусловлено тем, что молеl\улы воз­
духа как бы прилипают к поверхности тела. При
этом в очень узком с.11ое Оl\ОЛО тела (его называют
пограничным слоем) частицы воз­
духа скользят относительно друг друга. А таl\
1\ак воздух обладает вязкостью, от этого Сl\ОЛЬ-
IOЛHlol МЭl'ЕЖЕНМll
.1,
ВОЛНЫ rАЗl'ЕЖЕ HMll
rrrJ.
..
.t
Рис. 8. Обтекание профиля крыла при сверхзвуковой окорооти.
70
жения частиц и создается сопротивление. Со­
противление трения тем меньше, чем более гл
_
ад­
на поверхность тела. Его можно сделать еще
меньше, если отсасывать воздух через мелкие
отверстия внутрь тела. В неl\оторых конструк­
циях самолетных крыльев тан:ие отверстия при­
меняются.
·
Если обте1\ание тела не проходит плавно,
а при этом образуются вихри (подобно вих­
рям за тупой кормой лодки), то это неизбежно
увеличит сопротивлени:е тела. Такое сопротив­
ление называется в и х р евы м. Чтобы умень­
шить вихревое сопротивление, хвостовая часть
тела должна быть плавной. Только при очень
большой сверхзвуковой скорости (при числе
М = 5-6) форма задней части тела мало ска­
зывается на величине его сопротивления воз­
душному потоку.
Совсем другие причины вызывают в о л н о­
в о е сопротивление. Оно возникает тольно при
сверхзвуl\овых скоростях. Это сопротивление
обусловлено потерями энергии, которая затра­
чивается на образование скачl\ов уплотнения.
Волновое сопротивление тем меньше, чем тонь­
ше тело и чем более остра его носовая часть.
При сверхзвуковой сl\орости волновое сопро­
тивление - это основная доля общего сопро··
тивления.
Когда угол атаки возрастает, сопротивление
увеличивается. Вспомним, что аэродинамиче­
ское качество - это отношение подъемной силы
к сопротивлению. При малых углах атани подъ­
емная сила близка к нулю. Поэтому и аэродина­
мическое качество мало. При больших углах
атаки, когда подъемная сила начинает ослабе­
вать, а сопротивление сильно возрастает, аэро­
динамическое качес�во тоже уменьшается. Зна­
чит, аэродинамическое качество где-то имеет
максимальное значение, обычно при углах
атаl\и 3-5 °.
Для дозвуковых самолетов выгодно приме­
нять длинные узкие I\рылья, чтобы получить
большую величину аэродинамического каче­
ства. Такие крылья (рис. 9, а) прочны, конечно,
только при достаточно большой толщине. А это
значит, что при сверхзвуl\овых скоростях такие
крылья непригодны - они оказывают слишком
большое сопротивление полету.
Для сверхзвуковых самолетов крылья долж­
ны быть тонкими и, следовательно, коротl\ими
(малого удлинения). Их обычно делают тре­
угольными или стреловидными (см. рис. 9, в),
что тоже уменьшает волновое сопротивление и
увеличивает аэродинамическое качество.
Аэродинамическое качество сверхзвуковых

Рис. 9. Формы крыла в плане: а - для
доавуковых самоilетов, б - для околозву­
ковых самолетов, в - для сверхзвуковых
самолетов.
СВЕРХ38УН08ЫЕ
СА"ОЛЕТЬI
самолетов пока еще в 2-3 раза меньше, чем
дозвуковых. Повышение аэродинамичесн:ого
качества - одна из основных проблем аэроди­
намюш.
RAR ПРОВЕРЯЮТ РЕЗУJIЬTАТЫ
РАСЧЕТОВ
Многое для самолетов и других летательных
аппаратов можно рассчитать теоретичесн:и,
особенно теперь, н:огда на помощь ученым и ин­
женерам пришли элен:тронно-счетные машины,
производящие десятн:и тысяч вычислений в се­
кунду. Но одних расчетов недостаточно. Важ­
нейший н:ритерий всян:ой теории - практика.
Поэтому, прежде чем строить самолет, надо убе­
диться, правильны ли расчеты. На помощь при­
ходят аэродинамические трубы: в них изу­
чают, как воздух обтекает модели летатель­
ных аппаратов. Простейшая принципиальная
схема аэродинамической трубы изображена на
рисунке 10.
В аэродинамических трубах используется
принцип относительности движения: в отличие
от естественных условий модель аппарата непод­
вижна, а в
.
оздушный поток движется.
Одна из первых действующих аэродинами­
чесних труб была построена Н. Е . Жуковским
КРЫЛАТЫЙ ПОЛЕТ
в 1902 г. Труба была совсем небольшая, квадрат­
ного сечения (0,75 Х 0,75 м); скорость потока в
ней доходила всего лишь до 9 м/сек, т. е . 32 км/час.
А сейчас строят аэродинамические трубы, в ко­
торых небольшие самолеты можно исследовать
в натуральную величину. Есть трубы, позво­
Jiяющие развивать очень большую скорость воз­
душного потока - до М = 15-20. В таких
«скоростных» аэродинамических трубах соз­
даются условия, близкие к условиям реаль­
ного полета: давление воздуха изменяется в
соответствии с «высотой полета>;, а поток
нагревается.
Если воздушный поток с большим числом М
создавать в аэродинамической трубе непрерывно
с помощью вентиляторов, потребовалась бы
мощность в сотни тысяч киловатт. Поэтому та­
кие трубы чаще всего рассчитаны на прерывное
действие: в них расходуется воздух, заранее
накачанный в газгольдеры мощными компрес­
сорами.
В современиых аэродинамических трубах
можно специальными весами быстро и точно из­
мерить силы, которые действуют на модель. Обте­
кание модели воздухом можно даже сфотогра­
фировать. При этом используют изменение опти­
ческих свойств воздуха при изменении давления.
А можно просто наклеить на поверхность моде­
ли короткие легкие шелковинки, которые будут
струиться вместе с потоком воздуха. Для
испытаний в сверхзвуковых аэродинамических
трубах изготовляются металлические модели
с очень большой точностью - до сотых долей
миллиметра. Иногда аэродинамические трубы
используют для исследования свободного поле­
та. Для этого модель подвешивается в трубе на
сп�циальных подвижных опорах.
Рис. tO. Поток обтекает модель самолета.
'7J.

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Аэродинамические исследования летатель­
ных аппаратов обычно·сосредоточепы· в боль­
ших институтах. В СССР один из таких" инсти­
тутов - ЦАГИ (Центральный аэрогидродина­
мический институт им. Н. Е. Жуковского).
Он организован по указанию В. И . Ленина в
1919 г. Н . Е. Жуковским и А. Н. Туполевым.
АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАTE.JIH
Двигатель нужен самолету, чтобы преодоле­
вать силу сопротивления, а при разгоне и силу
инерции. Сила тяги двигателя рассчитывается
на основании тех же законов механики, что
и подъемная сила крыла.
От всех других двигателей авиационные
отличаются тем, что они должны сравнителЬJю
мало весить при весьма большой мощности.
Если двиг�тель окажется слишком тяжелым,
то самолет не поднимется. в воздух или не
сможет взять с собой Достаточное количество
груза. Поэтому авиационные двигатели изго­
товляют из очень легких и вместе с тем до­
статочно прочных материалов; их детали всегда
максимально облегчены. Но поскольку. такие
двигатели работают в тяжелых условиях (при
большой температуре и с большими напряже­
ниями), время их работы до ремонта, как пра­
вило, меньше, чем у других двигателей. Срав­
нительно коротnое. время работы авиационных
двигателей вызвано также требованием особой
надежности и безопасности.
Важнейший качественный . показатель дви­
гателя - его ·Так называемый удельный вес,
т. е. вес, приходящийся на единицу мощности,
выраженную по традиции ·в лошадиных. силах.
Авиационные поршневые двигатели внутрен­
него сгорания имели в 30-х годах нашего века
удельный вес О,7-О,9кг/л. . с" современные пор­
шневые..
.;.
..
.
0,5
.
кг/л. с" реактивные-всего 0,05-
0,02 кг/д. с., а у современных автомобильных
двигателей - более 2 кг/.л,. с .
Чтобы преобразовать мощность поршневого
двигателя в тягу, применяются воздушные вин­
ты. Их лопасти, подобно крылу, захватывают
воздух и отбрасывают его назад. Это и создает
тягу. Теория воздушного винта была создана
Н. Е . Жуковским вслед за теорией подъ­
емной силы крыла. На старых самолетах уста­
навливали деревянные винты. С увеличением
скоростей полета потребовалась большая тяга
и винты стали делать из металла.
Конструкторы стремятся созда
.
ть двигатель,
который затрачивал бы па получение тяги
.
как
72
можно меньше мощности. Для этого нужно,
например, чтобы каждое сечение лопасти винта
имело угол атаки, соответствующий его макси­
мальному аэродинамическому качеству. Но при
перемене скорости полета наиболее выгодные
углы атаки этих сечений изменяются. Поэтому
почти у всех современных воздушных винтов ло­
пасти могут поворачиваться с помощью специаль­
ных механизмов вокруг своей оси (рис. 11).
Рис. 11 . Уrол атаки у
лопастей воэдушиоrо вин­
та уменьшается с удалени-
ем от оси лопасти.
Это позволяет создавать наивыгоднейший угол
атаки лопасти при любой скорости полета. Этот
же механизм позволяет установить лопасть
винта так, что он тормозит самолет, например,
при посадке. В современных воздушных винтах
управление установкой угла лопастей Почти
полностью автоматизировано.
На сверхзвуковых самолетах воздушные
винты не применяютсн. Здесь тягу создает ре­
активный. двигатель. Реантивные двигатеди де­
лятся на два основных типа - воздушно-реак­
тивные и ракетные.
В простейших воздушно-реактивных двига­
телях, которые называют турбореакти в­
н ы ми (ТРД), используется воздух встреч­
ного потока. Воздух сжимается специальным
компрессором; затем его сильно нагревают (сжи­
гая, например, керосин); он проходит через тур­
бину, которая. вращает компрессор, и с большой
скоростью вытекает назад через реактивное
сопло (см. цвет. рис. у стр. 65).
Исходя из второго закона Ньютона, можно
определить, что тяга двигателя равна ежесе­
кундному приросту количества
движения:
воздуха, протекающего через двигатель.
.
Тяга
тем больше, чем боJ1ьше воздуха проходИт че­
рез двигатель и чем больше увеличивается
скорость воздушного потока. С1юрость же эта
Зависит от температуры, до
.
стигнутой в ре�уль­
т
.
ате сгорания топлива. Чем температура боль­
ше, те� лучше. Однако слишком большую тем­
пературу допускать .нельзя -:- турбина может

сгореть . Правда , турбины сейчас дела ют из
специальных огнеупорных мат ерИ:алов , которые
позв оляют повышать температ ур у . ·п о то к а до
+ 1000° Ц. Но пока это предел .
И все же выход найден . Конструкторы
предложили вторично нагревать струю воздуха
в так называемой форсажной камере уже пос­
ле того , как эта струя раскрутит турбину
компрессора . Тя га дви гателя увеличив ается
на 30-50%.
Основная часть турбореактивного двигате­
ля - его компрессор , к нему приложена вся тя­
га двигателя .
Сов ременные мощные турбореактивные дв и­
гатели развивают тягу до 150 ООО н; следователь­
но, они должны про пускать много воздуха -бо­
лее 100 м3/сек. Поэтому у передней , отк р ытой
навстречу потоку части двигателл - воздухо3а­
борника - большие раз меры; его внутренний
диаметр нередко превышает 1,5· м .
Большая тяга реактивных двигателей тре­
бует также и большого количества топлива . На
каждый ньютон тяги ·в течение часа нужно сжи­
гать около 0,1 кг керосина . Много это или мало?
Давайте подсчитаем . Есл и полный вес самоле­
та 50 т, или около 5 -105 н, а его аэродинамическ()е
качеств о равно 5, то , чтобы преодолеть аэроди­
намичесное сопротивление , двигател ь должен
развивать тягу не меньш е 105 н. Сл едовательно,
з а один час полета двигатели будут расходовать
100ОООнХО1кг гпрючего =10
'
нтягивчас
т керосина.
А это 1/5 веса всего самолета . Из этого по­
нятно , какое большое з начение имеет эконо­
мичность двига теля и аэродинамическое каче­
ств о самолета .
При большой скорости полета (М = 2 или 3)
воздух , пройдя через воздухозаборник, ·сам
сил ьно сжимается . Компрессор с турбиной ста­
новятся ненужными . Поэтому можно применить
двигательдругоготипа-прямоточный
воздушно-р е активный (ПВРД). Од­
нако надо помнить , что на ·малы х скоростях
такой двигатеJIЬ работать не будет .
.
Если добиться , чтобы турбина в ТРД погло­
ща ла почти всю энергию разогрето го и ускорен­
ного потока, то такая т урбина сможет вращать
не только компрессор , но и воздушный винт .
На этом основана конструкция т у р б о в и н­
т о в о го двигателя. Его можно сделать зна­
чител ьно более мощным , чем обычные двигате­
ли внутр еннего сгорания . Наибольшая мощ­
ность двигателя внутреннего сгор ания равнапри-
..
..
.
Гиперзвуковьfе самолеты недалекого
·
будущег о.
1
КРЫЛАТЫИ ПОЛЕТ
мерно 3000 квт (примерно 4000 л. с. ); при этом в
двигателе должно быть не меньше 20 цилиндров.
А современный турбов интовой двигатель раз­
вив ает мощность до 15 ООО квт. Можно был о
бы создать и еще более мощные двигатели ,
но уже трудно сделать винт , который раз­
вивал бы соответствующую тягу и был бы эко­
номичным.
На таких больших самолет ах , как ТУ-114,
ИЛ -1 8, АН-10, установлены турбовинтовые дви­
гатели . При скорости полета около 800 км/час
они экономичнее , чем чисто реактивные .
Воздушно- реактивные двигатели создают
тягу , отбрасывая наз ад воздух , взятый из окру­
ж ающей среды (он же одновременно служи� и
окислител ем при горении топлива) . Но с уве­
личением высоты полета плотность окружаю­
щего воздуха уменьш ается . Все меньше его
проходит через двигатель , тяга падает . От этого
недостатка свободны р а к е т н ы е двигатеJIИ
(рис. 12), для работы которых нужно иметь запа­
сы и горючего и окислителя . Тяга здесь создает­
ся отбрасыванием назад продуктов горения и
практически не зависит от онружающей среды.
Ракетные двигатели могут ра­
ботать на твердом топливе (порох)
и на жидк ом топливе (см. цвет .
рис. у стр . 65). Двигатели на жид­
ком топливе неснолько более эно­
номичны, но требуют очень осто­
рожного обращения , так кан и
топливо, и онислитель обычно ядо­
виты ; в начеств е онислителя, на­
пример , часто потребляется креп­
кая азотная кислота .
Устройство ранетного двигате­
ля много проще, чем турбореан­
тивного . В нем нет никаких вр а­
щающихся деталей . Поэтому он во
много раз легче, чем двигатели
других типов , которые могут раз­
вивать такую же тягу . Но зато в
полет надо брать много топлива и
окислителя - по весу в 15- 18 раз
больше, чем для турбореактив ­
н ого . Если бы мы з ахотели , напри-
Рис. 12. Схе­
мер , на еверх зву ковой са молет , веся-
ма ракетного
щий 50 т, поставить ракетный дв п-
двигателя.
гатель вместо турбореакти вного ,· то
на один час полета потребовалось бы не 10 т
топлива , а 150-180 т (в месте с окислител ем) .
Это более чем в три раз а превышает массу са­
мого самолета !
На самолетах ракетные двигатели исполь­
зуются только :к ак вспомогат ельные - для
'73

ДВИЖЕНИЕ И 3НЕРГИЯ
кр атковременных полетов на очень больш ой
высоте или для быстрого взлета. Широко ра­
кетные двигатели применяются на ракетах , где
тяга создается на короткое время : для быстрого
разгона зенитной ракеты, для подъема и разго­
на баллистических ракет , для з апуска спутни­
ков , для разгона и торможения космических
кораблей . Ракетный двигатель позволяет полу­
чить очень больш ую тягу . Уже сейчас для з а­
пуска космических кораблей создают двигате­
л и с тягой в неск олько сот тонн, или миллионы
ньютонов !
Н а тех же принципах , что и воздушно-ре­
ак тивные и ракетные двигатели , будут , оче­
видно , построены и двигатели буд ущего . Уче-
11ые уже думают о реактивных двигателях , в .ко­
торых воздух будет нагреваться не горение,м
.керосина или др угого химического топлива ,
а с помощью управляемой ядерной реакции ,
подобно тому l\al\ нагрев ается теплоноситель на
атомных элеl\тростанциях: Разрабатываются ион­
ные двигатели. Они тоже будут работать по реак­
тивному принципу, но в этих двигателях будет
отбрасываться не стр уя газа, а поток ионов .
Подумывают ученые и о фотонных двигателях ,
в которых сил у тяги создает отраженный луч
света очень большой силы и интенсивности.
RAR JSЫ БИРАЮТ РАЗМЕРЫ
CAMOJJETA
Чтобы создать самолет , мало з нать, нак сде­
лать .крыл о с д остаточной подъемной силой и
малым сопротивлением и каким дол жен быть
двигатель . При постройке самолета встает мно­
жество др уги х важнейших вопросов . Надо пра­
вилыю выбрать соотношение веса машины и
размеров нрыла. Надо обеспечить управление
само летом - возможность изменять направле­
ние и с1юр ость полета . Самолет в полете дол­
жен· быть устойчивым , резкая перемена его
положения при малейшем порыве ветра не­
доп устима . Самолет должен быть прочным ,
но не слиш ком тяжелым . Надо , на.конец ,
дать возможность летчин ам определять направ­
ление полета и узнав ать место , где пролетает
самолет . Кстати , на заре авиации случалось,
что летчик должен был для ориентировки сни­
жаться и на большой скорости читать название
железнодорожной станции.
Одним словом, очень и очень много е над о
учес ть и предусмотреть констр укторам, чтобы
построить самолет безопасный , экономичный
и удобный для пилотирования. Широко изве-
стны имена наших авиаконструкторов А. Н . Ту­
полева, С. В. Ильюшина , А. И . Микояна ,
А. С . Яковлева, О. К. Антонов а, под ру1ювод­
ством которых строятся замечател ьные самоле­
ты.
С чего же начинается проектирование само­
лета? Прежде всего надо точно определить его
наз начение и исходя из этого решить , наковы
дол жны быть скорость и высота полета, какой
груз поднимет самолет и .каное расстояние о н
должен пралетать . Затем можно приступать
к выбору размера самолета ; гл авная его ха рак­
теристика - пл tщадь крыла.
После взлета по мере увеличения скорости
полета самолет дол жен у меньш ать угол атаки
:крыла, чтобы подъемная сил а оставалась рав­
ной весу (рис . 13). Аэродинамическое сопротив­
лен ие самолета при этом будет постепенно умень­
шаться . Мин имальным оно станет при том угл е
атаки, .который соответствует максимал ьном у
аэродинамическому качеств у (этот угол атаки ,
как мы уже говорили, равен 3-5°) .
Дальнейшее увеличение скорости требует
еще меньш их угл ов атаки, но оно начнет также и
ув еличивать сопротивление. Конструкторы наш­
ли выход - в этом с лучае можно уменьшить
площадь крыла. Но тогда на 1\аждую часть его
площади придется большая часть веса машины.
И тепер ь , чтобы оставить подъемную силу рав­
ной весу самолета , нужно вновь увеличить угол
атаки. В результате аэродинамическое сопро­
тивление опять уменьшится ; оно должно быть
минимальным на основной скорости полета .
Таким образом , подбирается так называемая
удельная наrрузка на к рыло - масса (в ес) са­
молета , приходящаяся на 1 м2 крыла. Эта вели­
чина у сверхзвук овых самолетов достигает
8000 н/м2, у тихо ходных самолетов - 1200 н/м2,
а у летающих с небольшой скоростью моде­
лей - всего несколько десятков ньютонов на
кв адратный метр .
Необходимо учесть также, что взлетная и по­
садочная скорости самолета должны быть как
можно меньше. А для этого в свою очередь вы­
годна небольшая удел ьная нагрузка на .крыло ,
т. е. надо ув еличить площадь крыла . И вот кон­
структору приходится решать вопрос, .ка.кую же
площадь .крыла выбрать для самолета : сделаешь
небольшое .крыло - придется взлетать и са­
диться на большой скорости ; сдел аешь большое
.крыло - нужен более мощный двигатель и са­
молет не будет экономичным.
Ученые и инженеры стремятся уменьшить
взл етно-посадочную скорость самол етов , ле­
тающи х с большой скоростью . Для этого можно ,

например , изменять в момент посадки или взле­
та форму и пр офил ь крыла. Наиболее распро­
страненный вид такой, как ее назыв ают , «меха­
низации» крыл а - установка закрылков . От­
клонение их перед взлетом или посадкой увели­
чив ает подъемную сил у :крыла и позволяет
несколько
уменьшить
взлетно-посадочн ую
скорость.
Но все равно у современных скоростных са­
молетов эти скорости намного больше, чем у
ст арых , тихоходных. Например , у широко из­
вестного тихоходного самолета ПО-2 , применяе­
мого в сельском хозяйств е , взлетно-посадочная
скорость всего 60 км/час . Современные же сверх­
звуковые самол еты взлетают при скорости
ок оло 300-400 км /час , а приземляются - при
200-300 км/час . Посадочная скорость в данном
случае меньше пото му, что самолет садится
почти без горючего.
На большой высоте плотность воздуха сил ь­
но уменьшается . Поэтому, чтобы 1\рыло сохра­
няло свою подъемную силу , нужно увеличивать
скорост ь полета. Летат ь высоко - это значит
летать б ыстро. Максимальная высота полета ,
таким образом , зависит в значител ьной мере от
скорости.
Рис. t3. При увеличении скорости самолет должен уменьшать
уrол атаки : а - малая скорость, 6 - большая скорость.
Практически только на сверхзвуковых ско­
ростя х самолет может достичь высоты 20-
25 км. Для этого нужны очень мощные двигате­
ли, тяга которых на большой высоте достаточ­
на , чтобы создать необходим ую подъемную силу.
Современные сверхзвуковые самолеты с ре­
активными двигателями л ет ают на высоте 20-
22 км; в специ ал ьных полетах лишь на очень
короткое время они могут достигнут ь 40 км.
К РЫЛАТЫЙ ПОЛЕТ
На еще большую высоту поднимаются исследо­
вател ьские самолеты с ракетными двигателями .
Сами они не стартуют с земли-их поднимают
на 10-12 км тяжелые самолеты-матки. Ракет­
ный двигатель включается после отделения от
самолет а-матки. Такой двигател ь дает самоле­
т у возможность на короткое время подняться
на высоту около 100 км и развить скорость око­
ло 6000 км /час .
Размеры и вес самолета проектир уются тем
большими, чем больше гр уза дол жен он поднимать
и чем дальше должен летать. У самолета-ис­
требителя дальност ь полета не более 3 тыс. км .
Он поднимает мало гр уза и поэтому весит срав­
нительно немного - обычно не больше 10 т.
Вес дальних бомбардировщиков и больших
пассажирских самолетов достигает 100 т.
КАК YllP AB.Jl.ЯIOT CAMO,JIETOM
Упр авлять самолетом - это значит изме­
нят ь его положение в полете или противодей­
ствовать порывам ветра. Для этого используют
:как опору окружающий его воздух. Предполо­
жим , что летчику нужно вывести самолет из
горизонтального положения так , чтобы левое
:крыло оказалось ниже правого. Такое положе­
ние называется креном влево. Для этого служат
элероны - отклоняющиеся рули на :крыле
(рис. 14). Если элерон на правом крыле откло­
нить вниз , увеличивая подъемную силу этого
крыла, и одновременно рт:к лонит ь вверх элерон
левого крыла, самолет накр енится влево.
Для управления по курсу (вправо, влево)
служитруль направления.Оннахо­
дится на вертикальном х востовом оперении
(на киле). А для продол ьного управления
(вверх,вниз)служитруль высоты,рас­
положенный на горизонтал ьном опер ении. Для
хорошего управления нужно , чтобы все рули
были размещены как можно дал ьше от центра
тяжести самолета. Поэтому элер оны распола­
гают на концах крыл ьев , а рули высоты и на­
правления - на х восте.
Рулем направления летчик управляет , на­
жимая на педали. Нажал педаль под правой
ногой - и рул ь направления принимает поло­
жение, при к отором самолет повернет в правую
сторону. Элероны и руль высоты присоединены
к одному рычагу - к ручке управл ения . Если
летчик потянет эт у ручку на себя , рули высоты
отклонятся вверх. На хвосте возникнет аэроди­
намическая сила, направленная вниз , которая
и заставит самолет увел ичить угол атаки. Если

ДВ ИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
РУЛЬ ПОВОРО108
Рис. Н. Органы управления самолетом ,
же летчик переместит ручку управления влево,
то отклонятся элероны и самолет начнет кре­
ниться влево. Ручку управления летчик дер­
жит правой рукой, а левой управляет тягой
двигателя и множеством различных приборов .
На большом самолете, которым упр авляет
не один летчик, а целый экипаж (летчик, борт­
инженер , радист , штурман) , за приборами и
двигателем ест ь кому смотреть, а летчик упр ав­
ляет только самолетом . Вместо ручки упр авле­
ния на таком самолете часто ставят штурвал ,
похожий на «баранку» в автомобиле.
На свер х звуковых или больши х дозвуко­
вых самолетах у летчика не хв атит силы, чт обы
самому откл онять рули . Тогда в проводку управ­
ления встраивают специ альные с е р в о м о­
т о р ы. Они-то и отклоняют рули, а летчик
лишь вводит их в действие. Чаще всего такой
механизм представляет собой цилиндр , в ко­
тором масло под большим давлением (около
200 атм ) перемещает поршень , связанный с ка­
ким-либо из рулей.
Такой механизм называется бустер ом , а
упр авление этого типа - бустерным . Тяга
сервомотора дости гает нескольких тонн, или
десятков тысяч ньютонов , потребляемая м ощ­
ность - нескольки х десятков килов атт .
Летчику приходится управлять рулями не
только для того , чтобы совершит ь какой-нибудь
маневр . Даже если самолет летит пр ямо , руль
76
в ысоты , :н а пример , дол жен быть отклонен . Из
механики известно, чт о для равновесия всяко­
го тела необходимо , чтобы равнодействующая
всех сил , действующих на тело, а также момент
этих сил равнялись нулю . Подъемная сила кры­
ла уравновешивает вес самолета, тяга двигате­
ля - сопротивление, а момент подъемной силы
на хвостовом оперении должен уравновеши вать
момент подъемной силы кр ыла относител ьно
центра тяжести самолета (рис . 15).
Чем дальше в самолете расположен центр
тяжести от точки приложения подъемной силы
кры ла, тем большая нужна подъемная сила на
оперении . Может возникнуть мысль: а если рас­
поттожить центр тяжести самолета как раз в
том месте, куда приложена аэродинамическая
подъемная сила? Ведь тогда управлять самоле­
том будет очень легко . Оказыв ается , так посту­
пить нельзя . Это опасно .
УСТОПчивость CAMOJIETA
Бывало так, что самолет пе мог совершать
полет . Вот оп быстро разбежался по аэродр ому
и ушел в воздух. Но вместо того чтобы пл авно
набирать высоту , он начинает пр оделыв ать не­
понятные маневры . Будто неведомая,сила резко
бросает самолет то вверх, то вниз . ,И летчику
нужны мужество и мастерство , что�ы, призем­
литься обратно па аэродром . Чтобы· уя снить,
почему такой случай возможен , слеДует позна­
комиться с очень важц�м. поня;гием у с т о й­
чивости двин(ения.'
Про ш арик, подв ешенный на нитке , можно
сказать, что он висит устойч иво . При этом мы
подр азуме ваем , что , если шарик отклонить,
он сам вернется в прежнее устойчивое положе­
ние. А вот JU!рандаш пост авить на стол торцом
не так-то пр осто . При слабом дуноооmш воздуха
кар а ндаш упадет -его ,пол ожение неуст ойчив о .
Понятие устойчивости м ожно распростра­
нить и на движение любого тела , в том числе и
соnРотивn�ние
IEC
Рис. 15. Схема сил, действующих на самолет в полете.

самолета (математическая теория устойчивости
движения была разработана А. М . Ляпуновым).
Движение, в том числе и полет самолета,
называют устойчивым , если, например , при
порывах ветра машина сама, без вмешательс тва
летч ика, стремится сохранить свое прежнее
движение . Для этого нужно , как показано на
рисунке 15, расположить центр тяжести впе-
ПОДЪЕМНАR сил"
САМОЛ�ТА
Рис. 16. Силы, дейст­
в ующ ие на самолет:
а - в горизонталь­
ном ПОЛf>Тf!. 6 - при
развороте.
реди от аэродин·амическогофо­
к у с а самолета, т. е. той точки, где при­
ложена суммарная подъемная сила при изме­
нении угла атаки . Тогда , если по каким-ни­
будь причинам самолет увеличил свой угол
атаки (например , снизу подул ветер), подъемная
сил а сначала увеличится и самолет начнет под­
нимат ься . Но это же увеличение подъемной силы
создает момент относител ьно центра тяжести
в ту стор ону:. и без вмешательства летчика угол
атаки самолета опять уменьшится до прежней
величины .
Горизонтальное оперение можно поместить и
спереди (такая схем а самолета называется «уткой»),
а крыло при этом сд винуть назад. Но вертикаль;.
.
ное оперение для устойч ивости необходимо разме­
щать на хвосте . Так же устроен , например , и
воздушный змей : роль вертикального оперения
КРЫЛАТЫЙ ПОЛЕТ
игр ает у него веревочный хв ост . А без хвоста
змей и летат ь не будет .
Когда самолет устойчив и хорошо управляем,
он может легко и безопасно совершать различ­
ные маневры. Простейший маневр - это раз­
ворот , или вираж . Летчик накреняет самолет
в сторону поворота , например влево , и про­
екция подъемной силы будет разворачивать
самолет в ту ж е сторону (рис. 16). Но чтобы са­
молет при этом не опустился вниз, надо увели­
чит ь подъемную силу. Летчик одновременно
с отклонением ручки упр авления влево тянет
ее на себя и тем самым увеличивает угол атаки .
При этом летчик почувствует , что его силь­
но прижимает к сиден ью . Иными словами, он
испытает перегрузку (перегрузкой называется
отношение действующей на летчика или само­
.11ет силы, исключая силу тяжести, к силе их
тяжести). Чем интенсивнее разворот ,
тем
больш е требуется угол крена и тем больше
перегрузка. В горизонтальном полете перегруз­
ка равна единице, при угл е крена в 60°-2,
при 70° - 3, а при 80° - уже 6! Перегрузки
возникают при любом маневре самолета,
если при этом ·изменяется подъемная си11а,
т. е . возникает ускорение . Для легких ма­
невренных самолетов максимальная пере­
грузка - 10, а для тя желых или пассажир­
ских - около 2. Тренированный летчик дли­
тельное время легко переносит перегрузку,
равную 5, а если она действует доли секунды,
то до 15 и даже 20. На беспилотных ракетах
допускаются большие перегрузки . Поэтому
самолету трудно уверну'Гься от зенитной ракеты .
Легкие самолеты могут совершать много фи­
гур высшего пилотажа (см . цвет . рис . у стр . 72).
Высший пилотаж зародился в 1913 г., когда
русский летчик Нестеров и французский пилот
Пегу почти в один и тот же ден ь выполнили «мерт­
вую петлю» , или, как ее тепер ь называют , пет­
лю Нестер ова . Когда скорост ь аамолетов была
uебольшой , высший пилотаж применяли н е
только для спорта Или тренировки летчика, но
и в воздушных боях между истребителями . Но
с повышением скорости си льно возрастает ра­
диус разворота . При скорости 500 км /час ра­
диус разворота около 600 м, а пр:И скор ости
1800 км /час уже около 8 км. При· таком раз­
вороте легко потерять из виду пр отивника.
Наиболее опасная фигура высi:uего пилота­
жа - «штопор» . Угол атаки при «штопоре»
доходит до 50°. Плавное обтекание крыла и опе­
рений наруш ается , и отклонение рулей
·
мало­
эффективно . Поэтому вывести самолет из «што­
пора» иногда бывает очень трудно .
77

ДВИЖЕНИ� И ЭНЕРГИЯ
ПРОЧНОСТЬ И БЕЗ ОПАСНОСТЬ
Каждый тип самолета долже н пр ойти в спе­
циал ьных лабораториях испытания на проч­
ность . Если самолет выдерживает нагрузку боль­
ше расчетной , это ... очень плохо: конструкцию
надо облегчить, чтобы самолет мог брать боль­
ше горючего или груза.
Очень важно поэтому знать, какие на··
грузин в полете будут действо вать на само­
лет . Эти нагрузки будут больше , если самолет
должен вы полнять различные маневры. Но
даже тяжелые, неманевренные самолеты долж­
ны выдерживать порывы ветра, скорост ь к о­
торых на высот е около 11 км иногда достигает
200 км/час .
Самолет может разрушиться в воздухе не
только от порыва ветр а. Ведь к онструкция са­
молета не может быть, как говорят специалисты,
абсолютно жесткой, и при определенных воз­
действиях он деформируетс:Я . А при деформа­
ци ях , например , крыла изменятся и аэродина­
мические силы. На большой скорости и при
неправил ьной конструкции изменения аэроди­
намических и инерционных сил могут вы з вать
очен ь опасные колебания , которые за несколь­
ко секунд способны разрушить самолет . Такое
явление называется ф л а т т е р о м. Предот­
вращение флаттера-трудная и сложная задача.
Пилотируя самолет , летчик должен быть уве­
рен , чт о двигатель и все другие основные си­
стемы работают нормально, что самолет нахо­
дится в правил ьном положении , что скорость
полета вполне допустима. Только тогда полет
будет безопасным . Этому помогают различ­
ные пи лотажные приборы и специальные ав-
ЭКРАН
с подвижным
ИЭ06РАЖfНИЕМ
\
//
К ПРК50РАМ
••=°Т'
,.
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ
МАШИНА
"'-• •.:· / КАБИНА
�i!:r.:
::
.:
:.
..
...<,
'
САМОЛЕТА
т оматические системы
важные из пилотажны х
управления. Самые
приборов - указа-
тель скорости , махметр, высотомер, авиаго­
ризонт , компас. (Подробно об устройстве этих
приборов и автопилоте рассказано в ст . ((Т ех­
ника помогает водить самолеты» в т. 5 ДЭ .)
Действия летчика в полете должны быть
точными и быстрыми . Поэтому перед тем , как
летет ь на новом самолете, летчик много часов
проводит в кабине , тренируясь в упр авлении .
Для такой тренировки существует даже спе­
циальноеустройство-тренажер.Онсо­
стоит из кабины самолета, электрической счет­
ной машины и экрана с проектором (рис . 17).
Сигналы при· отклонении рычагов упр авления
подаются в счетную машину , которая опре­
деляет , как при этом должен двигаться самолет .
По сигналам счетной машины изменяются по­
казания приборов и одновременно изменится
изображение на экране. Есл и, например, летчик
потянет ручку управления на себя , то сразу
изображение горизонта на экране начнет опус­
каться , как будто действител ьно самолет уве­
личил свой угол атаки. Изображение на экра н
дается через подви;кны\1 проектор или с помощью
телевизиоы:ной устано вки .
Однако, как бы х орошо ни был подготовлен
летчик, при больших скоростях ему очен ь труд­
но уследит ь з а пок азаниями вс ех приборов.
Чтобы облегчит ь ему пилотир ование , особенно
при длительных полетах , применяют автопи­
лоты . Соврем енные самолеты оснащены очен ь
сложными и совершенными авт опилота ми,
которые позволяют хорошо летать даже на ма­
лоустойчивом самолете, надежно осуществл ять
посадку в тумане и т. д .
КРЫ.;JАТЫЕ РАКЕТЫ
"..
."
"�1
1/ .-· '.::"•"';'
�.К&;,1
1_"
" ...
•
:r:..
.._.
•••••••••••
,.
Крылатые ракеты в принципе
пол ета ничем не отличаются от
самолетов , тол ько они летают
без летчика . Испол ьзуют такие
ракеты главным образом для
военных целей , как для оборо­
ны , так и для наступления .
Строятся и специ альные ракеты
для исследований условий по­
лета на больших, еще не ос­
военных скоростях или высо­
тах . Резул ьтаты полета таких
ракет дополняют исследов ания
в аэродинамических трубах .
�/
······
··
Рис. 17. Схем а тр ен ажера (установки Д.J
J
JI тренировки nетчика на зем.1
1
е).
78
Иногда ракету трудно от­
личить по виду от самолета.

У крылатой ракеты могут быть и четыре крыла,
расположенные в двух взаимно пер пендику­
лярных плоскостя х. Это дел ается для того,
чтобы маневр ракеты можно было совершать
без крена . Ракеты могут стартовать как с з ем­
ли (рис. 18), так и с самолета (рис. 19). В
з ависимости от назначения различают ракеты
«во здух-воздух», « з емля -воздух», <(воздух­
землю> , «Во здух-вода>> и т. п. Например , ракета
«земля - воздух» стартует с земли и предназна­
чена для поражения воздушных целей (самолетов
или ракет противника) . Ракета <(воздух - зем­
лю> стартует с самолета и поражает цел ь на
земле . Ракеты упр авляются автоматически ; наво­
дят их на цель обычно с помощью ради олока­
тора. Чт обы достигнуть больщой скорост.ц (до
М = 6) , на ракетах устанавливают воз душно­
реактивные или ракетные двигатели (см . ст .
<(По лет в космосе ») .
ПУТИ ДА.JIЬНЕЙШЕГО Р A3BHTHJI
АВИАЦИИ
Пока что только военные самолеты летают
быстрее звука . Но уже в самом скором времени
будут созданы и пассажирские сверхзвуковые
самолеты со скоростью полета до 2000 и даже
3000 км/час. Представьте себе, 1'ак сократятся
тогда расстояния! Ехать из Хабаровска в Мос­
кву на поезде нужно больше недели ; на воздуш­
ном лайнере ТУ-114 этот путь занимает 8 часов,
а сверхзвуковой самолет см ожет пройти его
всего за 3 часа .
Если летет ь с востока на запад, то при поле­
те на свер х звуковом самолете можно <( обогнать»
время . Если бы мы вылетали из Хабаровска на
таком самолете сразу после встречи Ново­
го го да, скажем в час ночи, когд а в Москве
7 часов вечер а, то в столицу мы прибыли
бы в 10 часов вечера прошедшего года. Одним
сл овом, мы смогли бы встретить Новый год
дв ажды .
Самолеты , особенно тяжелые сверхзвуко­
вые , требуют для взлета и посадки специ аль­
ных аэр одромов с длинными (3-4 км) бетон­
ными взлетно-посадочными полосами . Строи­
тел ьство таких аэр одромов обходится очень
дорого , а в г орных районах , например, практи­
чески вообще невозможно . Поэт ому будущие
самолеты должны иметь возможност ь взле тать
и садиться либо вертикал ьн о, либо на маленьких
аэр одр омах . Такого типа опытные самолеты уже
построены . На них устанавлив аются или допол­
нител ьные вертикал ьно расположенные дви-
К РЫЛАТЫЙ ПОЛЕТ
Рис.
·
18. Р аке та «земл я-воздух» н а стартовой установке.
Ри с. 19. Rрыла та я ракета «воздух-воздух », подвешенна я на
са молете.
79

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
гатели; или специальные устройства для пово­
рота струй от ос новных двигателей вниз .
Ави;щионная техника будет развив аться д
еще дальше . Уже сейчас разрабатЫваются про­
екты гиперзвуковы х
воздушно-космических
самолетов . Такой самолет будет об ладать ско­
ростью , соот ветствующей числу М = 5, даже
10 и более , и сможет «выпрыгиваты из атмо­
сферы Земли . При входе в атмосферу самолет
«отскочит» от нее, подобно плоскому камню ,
брошенному вдол ь повер хности воды , облетит
вокруг Земли , войдет в атмосферу и выберет
место посадки .
Такой самол ет может быт ь и последней
ступенью ракеты , которая возвращается на
Землю после дал ьнего космического пол ета.
Но чтобы создать самолет такого типа , нужно
решить еще много проблем , и первая из них -
преодол еть «тепловой бар ьер », с которым мы
познакомилис ь в начале статьи .
•
ЧE.JIOBER ПОКОРЯЕТ ОКЕАН
Каравелла Колумба
«Санта -М ария».
Более двух третей
повер хности Земли 'За­
нимают моря и океаны ,
бесчисленные реки , озе­
ра .· Мировой океан бо­
лее миллиарда лет назад
стал колыбелью жизни
на Земле. Для. тысяч
видов . жив отных во­
да-их
"
· р одщ�я стихия :
для рыб , моллюсков и
даже млекопитающих ,
например кита, дельфи­
на, моржа.
После миллионов лет
эволюции из океана
вышли на сушу з.емно-
водные. От них и произо­
шел наиболее совершенный класс жив отного
мира - млекопитающие , среди ни х и человек .
Но увы...
Это «в ысшее творение природы» ,
пройдя миллионнолетний пут ь развития , утра­
тило ср еди лесов и гор свои связи с водной
стихией . Человеку , ставшему хозяином Зем­
ли, внов ь пришлось научит ься. пйаватЬ; без
этого он не мог бы свободно передв�гаться даже
в пр едел ах одного материка ...
Окружавшее материки безбрежное море ма­
нило его своей таинственност ью. И человек
.;;
;
научился преодолевать тысячекилометровые
водные прос транства: опираясь на силу своего
разума, он научился плавать .
.
Сначала инстинк­
тивно, а потом сознательно ·он познавал зако­
ны природы , позволившие ему совершать этот
подвиг .
Надо ли подробно рассказывать о значении
плавания в жизни· человека. Достаточно ска­
зать, что благодаря этому умению человечест­
во расселилось по Земле, по всем ее материкам.
80
ТАЙНА ОСТРОВА ПАСХИ
Е вропейские путешественники , впервые по­
павшие в XVIII в. на затерянный в Ти хом ок еане
о-в Пасхи , об наружили там колоссальные ка­
менные статуи , из
'
ображавшие людей или богов .
Вес некоторых из эти х изв аяний достигал 20 т.
У людей, живши х на ос трове , х ранились до­
щечки с письменами , но никто из них не умел
прочест ь, что там было написано. Было не­
понятно и кто писал на этих дощечках, и кто
установил статуи . А еще таинственнее было то,
что статуи , оч ень похожие на изваяния о-ва
Пасхи , были об наружены за тридевять земель
от него - в Южной Америке , в Перу. Неко­
торые ученые даже высказали предположение ,
что статуи и на о- ве Пасхи и в Перу установил
один и тот ж е народ. Но население остров а стоя­
ло на очень низком кул ьтурном уровне, лодок ,
пригодных для плавания по океану, у них не

быдо, · а до перуанского берега от о-ва Пасхи
4000 1'М. Как же люди Перебрались чер ез
океан?
Норвежский ученый Тур Хей!!рдал решил
док азать, что и много веков назад люди могли
переплывать океан . Он отпр авился ·в Южную
Америку и построил там плот - точную копию
древних перуанских плотов: девять толстых бре­
вен из бальзовых дерев ьев, свяiзанных веревка­
ми; на плоту были бамбуковая хижина , четырех­
угольный парус, и рулевое весло на корме .
У полинезийцев сохр анилось предание , что не­
когда через океан приплыл с востока на плоту
легендарный вождь остр овитян Кон-Тики .
В честь его Хейердал и пят ь его товарищей
назвали свой плот «Кон-Тики» .
Более трех месяцев продолжалось путеше­
ст вие шести отв·ажных исследов ателей. Около
8000 1'М проплыли они на плоту и док азали высо­
кие мореходные качеств а древнего перуанского
корабля . Об этом плавании Хейердал рассказал
в с воей увлекательной книге «Пут ешествие на
«Кон-Тики».
О том, когда и как люди научилис ь пл авать
на плотах и лодках , можно только догады­
ваться . К разным народам это умение пришло,
о чевидно, в разное время и при различных об­
стоятельств ах . Почти все жив отные умеют
плавать, но иногда он и предпочитают пользо­
ваться плывущим мимо них предметом .
Человек , не умеющий плавать, попав в воду,
инстинктивно стремится ухватиться за что-ни ­
будь. Плывущее дерево для него - спасител ь­
ная поддержка, а дерев ья, случайно сцепив­
шиеся ветвями, - уже надежная опор а. Воз­
можно, чт о где-нибудь так и началось плавание
на плотах. Люди научились плавать верхом на
дереве, оседлав его, как коня . Если в таком
дереве было большое дупл о, человек мог плыть
более удобно : его ноги оставались сухими , а шес­
том он отт алкив ался от дна пли от плывущих
рядом дерев ьев. Возможно, так он и пришел к
д олбленой лодке и к веслу .
RAR Ж ИДКОС ТИ ВСТРЕЧАЮТ
�<ГOCTEil•>
Погрузим под воду кусок пробки . Стоит
тодько отнят ь руку , как вода вытолкнет его
на повер хность. Но так будет не с каждым пред­
метом . Недаром говорят: «Пошел камнем на
дно•>. Действительно, камень или, скажем , ме­
талличес кий ключ сразу пойдут на дно . Но
можно доказат ь, что жидк ост ь выталкивает
о6д.э.т.з
ЧЕЛОВЕК ПОКОР ЯЕТ ОКЕАН
Рис. f.
ввер х и те тела, которые в ней тонут, да только
не удается ей э·rо : не хватает у нее силы, чтобы
их вытолкнуть.
Привяжем к металлической ложк е тонкую
резиновую нит ь, как показано на рисунке 1,
и измерим длину резинки . Затем опустим лож­
ку в сосуд с водой . Снов а измерив теперь длину
резинки , мы убедимся, что нит ь стала короче.
Значит , вода выталкивает дожку вверх.
Силу, которая выталкивает тело из жидко­
сти, называют вытал кивающей или поддержи­
вающей. Пробка плавает на поверхности воды.
словно ее кто-то поддерживает . Резинка стала
в воде короче - как будто что-то выт алкивает
ложку снизу .
Куда же направлена выталкивающая сила?
Резиновая нить, к которой подвешена ложка
в воде , укорачиваясь, со- ..
..
..
..
------.,
,;
храняет свое отв есное поло­
жение и не отклоняется в
стор ону . Ес ли короткой нит­
кой привязать к пробке груз
и опустить его на дно , нить
натянется
строго отвесно
(рис . 2) . Это показывает , что
выталкивающая сила, дейст-L-.61•••
вующая на пробку, направле-
на вертикально вверх .
Рис. 2.
Почему больно лежать на морской гальке на
берегу и не больно, погрузившись в море? По­
чему тя жест ь ведр а с водой мы начинаем ощу­
щат ь тол ько с того момента, когда ведро пока­
зывается над повер хностью воды в колодце?
Попробуйте сами ответить на эти вопр осы .
ДАВJIЕНИЕ ЖИДКОСТИ
Жидк ос'Гь давит на предмет , опущенный в нее,
и снизу вверх, и свер ху вниз, и в любом другом
направлении . Но сила, с которой она давит, раз­
лична и зависит от того, насколько глубоко опу­
щен предмет в воду . Деревянный брусок, опу-
81

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
щенный в море на метр овую глубину, всплывет
и останется таким же, но на две океана давление
воды изменит его свойств а.
Уч еные проделали опыт : на прочном тросе
опустили глубоко в море металлическую клетку,
внутри которой был положен кусок дерева .
Когда клетку вы нули на повер хность, оказа­
лось, что колоссальное давление воды так силь­
но сжало кусок дерева, что он потерял способ­
ност ь плавать и тонул в воде . Недаром же чело­
век , глубоко нырнувший, чувствует боль в
ушах : вода давит на бараб анную перепонку .
Да вление внутри жпдкости равно ее уде ль­
ному весу (d) , умноженному на высоту ее стол­
ба (h) . Из этого следует , что в любой точке на
Рис. 3.
одной и той же глубине
давление в жидкости
од инаково (рис. 3) , и 1J:ем
глубже , тем давление
больше.
Если сравнить дав­
ления , создаваемые во­
дой и ртутью, то ока­
жется, что столб ртути
дав ит в 13,6 раза силь­
нее , чем столб воды та­
кой же высоты, так как
удел ьный вес ртути в
13,6 раза больше удель­
ного веса воды. Но в од-
ной и той же жидкости,
на одной и той же глубине при различных
ат мосферных условиях давление может быт ь
неодинаковым. На высокой горе оно меньше,
чем у поверхности моря. Ведь к давлению жид­
кости добавляется давление воздуха на ее по­
ве рх ност ь.
Давление измеряют единицей бар . 1 бар =
=10° п/м3• На глубине 10 м вода создает дав­
ление : P=dh =9800 н/.1t 3·10 м = 0,98 бар . (Сред­
нее атмосферное давление - 1,013 бар) .
На рисунке 4 изображено несколько сосу-
r<:
:
1!.- -- -
Рис. 6.
82
Рис. :i. О пыт Паскаля.
дов. Форма у них самая различная , неодина­
кова и площадь дна , но уровень воды, нали­
той в них , одинаков . Следовательно , давле­
ние жидкости на дно во всех этих сосудах
одинаково. При первом взгляде на сосуды
даже не верится эт ому. Однак о это не так . Не­
даром это явление называется гидростатиче­
ским парадоксом 1•
Не надо только путать давление с силой
давления. Давление - это сила, действующая
на единицу площади. Понятие же «сила давле­
нию) применяется ко всей площади дна в сосуде.
На рисунке 5 изображен опыт француз ского
ученого Блеза Паскаля. В верхнем днище проч­
ной деревянной бочки, доверху наполненной
вод ою, он продедал узкое от верстие и плотно
вставил в него длинную трубку. Когда Паскаль
налил в трубку несколько кружек воды , дав­
ление воды разорвало бочку. Этот оп ыт на гляд­
но показ ал , как можно небольшим количеством
воды создать огромную силу давления у дна со­
суда .
i Парадоксом называется утверждение, расходя­
щееся с общепринятым мнением или такое, которо&
на первый взгляд кажется удивительным и нелеuыы,
но оказывается справедливым.

КАК ОБОЙТИСЬ БЕЗ ВЫСШЕЙ
МАТЕМАТИКИ
В жидк ост ь помещен куб (рис . 6). Давление
на одной и той же глубине одинаково , поэтому
силы давления , действующие на его боковые
гр ани , ур авновешиваются . Сила давления , дей­
ствующая на вер хнюю грань, меньше силы , дей­
ствующей на нижнюю грань, потому что эти
грани расположены на разной глубине, - чем
глубже, тем давление в жидкости больше . Зна­
чит , равнодействующая вс ех сил, действующих
со стороны жидкости на куб , направлена вер­
тикально. Это и ест ь выталкивающая сила.
Для такого простого случая выт алкиваю­
щую силу рассчитать нетрудно. Но если куб
расположен в воде наклонно, рассчитать выт ал­
кивающую силу гораздо труднее . Если же
у тела, опущен ного в воду , непр авил ьная форма ,
для расчета выт алкивающей силы уже надо
применить вы сшую математику .
Впр очем , можно найти более легкий и корот­
ний путь. Воз ьмем себе в проводники знаме­
нитого голландского математика и физика Сте­
вина. В конце XVI в. вышла его книга, в ко­
торой дан простой и наглядный прием для
определения выталкива юще й силы . Позже этот
прием , правда , в неск олько измененном виде ,
стали называть принципом отвердевания.
Представим себе, что в сосуде с жидкост ью
какая-то часть ее неправильной формы затвер­
дела, но вес эт ой части остался неизменным . «З а­
твердевшая» част ь не всплывет и не опустится на
дно . Следов ательно, ее вес Р уравновешивается
силой F, т. е . силой давления со стороны остав­
шейся жи дкости (рис . 7,а).
Мысленно удалим «затвердевший» объем
жидкости и вставим на его место твердое тело
(из металла) точно такого же объема и формы
(рис . 7 ,6). Жи дкост ь будет «обманута». Ведь
для нее ничто не изменилос ь, и она будет да­
вит ь на это тело с такой же силой, как раньше
,.;авила на жидкост ь. Еслп у твердого тела вес
Рис. 6.
ЧЕЛОВЕК ПОКОРЯЕТ ОКЕАН
а
6
F
F
р
р
Рис. 7.
больше, чем у «затв ердевшей» жидкости , то оно
опустится на дно сосуда . Мы знаем , что в жид­
кости вес тела уменьш ается . Он ста новится
равным Р - F.
Если же вес твердого тела меньше , чем вес
« затвердевшей» жидкости , то выт алкивающая
сила будет больше, чем сила тяжести тела ,
и оно всплывет .
(1.
..
..-
1
Р11с. 8
f
р
Итак , если тело полностью погружено в
жидкость, на него действует вертикально вверх
выт алкив ающая сила, равная весу жидкости
в объеме тела. На тело, частично погруженное
в жидк ость (рис . 8), действует вы талкивающая
сила, равная весу жидкости в объеме погру­
женной части тел а.
Обычно обе эти формулировки объединяют
в одну : на тело, частично или полностью погру­
женное в жидкость, действует ве ртикально
вверх выталкивающая сила, равн ая весу
жидкости , вытесненной телом . Этот закон назы­
вается законом Архимеда . Выталкивающая сила
зависит не от наклона тела и не от его формы ,
а только от объема вытесненной им жидкости
и от ее удельного веса.
88

ДВ ИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
--
-
В старинной восточ­
ной сказке рассказы­
вается : «Цар ь обещал
дать тому , кто взвесит
его слона , столько зо­
лота, сколько весит сам
слон. Бедняк перевоз­
чик ввел слона в свою
большую лодку и отме­
тил уровен ь, до которого
она погрузил ась в воду. Затем он свел слона на
берег п нагрузил лодку золотом до прежней
отметк и. Вес золота равня лся весу слона».
Негр амотный лодочник , конечно , не знал закона
Архимеда , но он сообразил: если у двух грузов
одинак овы й вес , они погрузят лодку в воду до
одн ого и того же уровня .
. И•ХН1'1ЕД И ЕГО ОТКРЫТИЕ
Легендарные рассказы об исторических лич­
ностях , пуст ь и не всегда в точности соответ­
ствуют фактам , очень интересны и запоминают­
ся на всю жизнь. О древнегреческом ученом
Архимеде и его открытиях возникло много ле­
генд. Вот одна из них.
Гиерон , завоевав царский престол в сицилий­
ском городе Сиракузах, решил в благодарность
за эту свою удачу принести в дар богам золо­
тую корону . Он заказал ее мастеру и прик азал
отвесит ь ему нужное количество золота . Тот
к назначенному сроку приготовил корону. Вес
ее точно соответствовал весу отпущенного зо­
лота . Но царю донесли , что мастер частично под­
менил золото серебром . Гиерон разгневался , но,
поскол ьку сам не ·м ог найти способ уличит ь
мастер а, обраrился за помощью к Архимеду .
Как рассказыв ают , Архимед сделал два
слитка - один из золота, другой из серебра -
84
каждый такого же веса , какой был у кор оны .
Затем наполнил водой сосуд до самых краев,
опустил в него серебряный слиток и отмет11л ,
сколько воды тот вы теснил .
То же самое он пр оделал и со слиткюt золота.
Объем золотого слитка оказаJ1ся меньше, чем
у равного ему по весу слитка серебра. Затем
Архимед опустил в сосуд корону : поды вы текло
бол ьше, чем от золотого слитка , и меньше , чем
от серебряного. Сравнив три полученных объе­
ма вытесненной воды, Архимед рассчита.1
1
, сколь­
ко золота и сколько серебра пошл о на изготов­
ление короны . Так была доказана вина мастера .
Два обстоятел ьства важны в этой легенде .
Во-первых , Архимед нашел способ измерять
объемы твердых тел со с.1ожной формой . Во-вто­
рых , он сопоставил вес а различных веществ не
друг с другом, а с весом воды, т. е. впервые
обратил вн имание на свойство фи зичесних те.11,
которое мы тепер ь называем плотностью пли
удельным вес ом . Это само по себе было уже
большим открытием. Работы Архимеда отю1-
ч аются простотой и доступностью дл я понима­
ния . Многие выведенные им законы легли в ос­
нову современной наую1. Слава его неда р ом
.сохранилась до ваших дней.
Архимед открыл три закона , которые стали
основой науки о плавании тел:
1. Тела, имеющие при равном объеме рав­
ный с жидкостью в е с, плавают, полностью по­
гружаясь в жидк ость.
2. Тела, бoJiee легкие , че ы жидк ость, при
погружении в нее стремятся кверху с силой,
равной разности между весом жидкости, взя­
той в объеме тела, и ве сом самого тела.
3. Тела тяжелее жидкости и опущенные в
нее тонут. П ребЬiва я в жидк ости, они теряют в
своем весе стольRо , сколько весит жидкость,
вз ятая в объеме тела.
ПJIABAHHE- �то рАВНОВЕСНЕ
Тело плавает, когда его вес уравновешен вытал­
кивающей силой. Тело не тонет, не всплывает и
может находит ься в жидкости на любой глуби­
не , так как плотность жидкости мало меня ется
с увеличением давления. Так плавают рыбы ,
:морские жив отные, подводные лодки , батиска­
фы, так может пл авать и чел овек.
Вес плавающей рыбы в точности равен весу
вытесненной ею воды. В любом жив ом организме
до 90 и даже более пр оцентов воды , так что его
средняя плотность мало отличается от п.11 от­
ности воды.

Человек у, подводной лодке,. кораблю пла-:. ..
в ать в воде помогает .. . воздух! Проведем неслож­
ный расчет . Плотность стекла, из которого сде­
лана бутылка, равна 2,2 г /см3; плотность воды -
1 г/см3• Следовательно, стекло в воде пойдет ко­
дну . Но если стеклянная бутылка, наполненная
воздухом , плотно закрыта пробкой, она буДет
плавать на пове рхности воды . Масса стеклян­
ной литровой бутылки равна примерно 0,5 кг;
масса воздуха , заключенного в вей,- около
1 г, а средняя плотность закупоренной бутыл-
ки с воздухом - 0,501 г/см3 (1;01 с:3) ,т. е. вдвое
меньше плотности воды .
Налив в бутылку некоторое количество во­
ды , мы можем сдел ать ее среднюю плотность
в Jочн ости равной плотности воды . Такая бу­
ты лка сможет плавать в воде на любой глубине .
Средняя плотность бутылки , запол ненной одним
воздухом , меньше, чем плотность жидкости ; она не
может плавать на любой г лубине и будет вытолк­
нута на ее поверхност ь. Объем ее погруженной в
воду части уменьшается , так как часть бутылки
окажется над водой. Поэтому и выталкивающая
сил а уменьшится и станет в точности равной
весу бутылки с воздухом .
Подводная лодка плавает на любой глубине ,
не опускаясь и не поднимаясь, если ее средняя
плотность равна плотности морской воды. Что­
бы получить среднюю плотность подводн ой лод­
ки, нужно сложить массы ее корпуса, двигате­
лей, людей и воздуха, находя щегося в ней, и
разделит ь полученную сумму на объем , занимае­
мый лодкой.
Набрав в балластные цистерны воду , подвод­
ная лодка погрузится в глубину моря ; ее сред­
няя плотность станет больше плотности морской
воды. Если же выдавить сжатым воздухом воду из
балл астных цистерн, подводная лодка всплы­
вет . Объем подводной лодки всегда один и тот
же . Она изменяет среднюю плотность, увеличи­
вая или уменьшая свою массу , заполняя свои
цистерны во здухом или водой. Запас сжатого
воздуха вс егда должен быть в подводно й лодке ,
без него она не сможет поддер живать свою пла­
вучесть и всплыть на поверхность воды .
Кроме того , подводная лодка не могла бы
пл авать под водой без так называемых горизон­
тальных рулей : даже самая незначительная
разница между ее весом и выталкивающей силой
гнала бы ее на дно или на поверхность. По-ино ­
му изменяет свою среднюю плотность «автоном­
ный» водолаз (запас сжатого во здуха он носит на
спине в баллоне) : если ему нужно всплы ть , он
на дувает скафандр воздухом . Средняя плот-
ЧЕЛОВЕК ПОКОРЯЕТ ОКЕАН
ность человеческого тела больше плотности
воды , она равна 1,03 г /см3 • Плавучесть человеку
обеспечивает воздух, набир аемый им при вдохе
в легкие .
При полном вдохе средняя плотность че ло­
веческого тела становится меньше плотности
воды. При выдохе , когда тело теряет плаву­
чест ь, человеку приходится создавать подъем­
ную силу дви жением рук . Искусство пл авать -
эт о умение пр авильно дышать, координируя вдо­
хи и выдохи с движением рук и ног.
ПJIАВАНИ·Е ПОД ВОДОЙ
Наибол ьшая глубина в Мировом океане-
11 км. Подводные же лодки не могут опускаться
ниже 250 м; их корпус не выдержал бы большое
давление воды . Ведь на такой глубине на
каждый квадратный сантиметр поверхности
додки давит сила примерно в 250 н. Давление
здесь в 20 с лишним раз больше атмосферного .
Образно говоря , подводная лодка движется
только под самым «потолком» океана .
В еще худшем положении находится водо­
лаз. �ели его скафандр сделан из мягкой водо­
непроницаемой ткани , то внешнее давление
воды п ередается че рез ткань на человека . Ниже
150 м он опуститься не может . Поэтому был соз­
дан жесткий скафандр . Он представляет собой
как бы прочный футляр и защищает от давления
воды . В нем водолаз дышит воздухом с нормаль­
ным атмосферным давлением . Водолаз внешне
напоминает закованного в латы средневекового
рыцаря . Такие скафандры дают возможност ь опу­
скаться до 250 м, но они неудобны для работы
под водой. Их используют главным образом для
осмотра предметов, лежащих на две . Сейч ас не­
обходимость в них уже миновала: для осмотра
дна используют телевизионные камеры , погру­
жаемые на дно .
Человек издавна мечтал «акклиматизиро­
ватьсю> в океане. В научно-фантастическом рома­
не А. Р . Беляева «Человек-амфибию> , написан-
86

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Гонки оодводвоrо скутера в морской черепахи .
пом в 20-х годах, ребенку сделали опер ацию ,
после которой он мог дышат ь не только легки­
ми, но и жабрами . На rлазах у человека-амфи­
бии были бол ьшие вы пуклые очки , а одежда его
состояла из сверкающей чешуи . В наши дни эта
фантазия писателя уже близка к осуществлению.
За последние годы большое развитие получило
подв одное плавание. Люди часами плавают под
водой, изучая жизнь моря и его обитателей. Н а
ногах у них резиновые ласты , глаза и нос закры­
ты водонепроницаемой полумаской, а во рту
мундштук , соединенный с находящимся за
спиной аппаратом с баллонами сжатого возду­
ха - аквалангом .
В переводе на русский язык «акваланг» -
подводные легкие. Средняя плотность аквалан­
гист а со всем его оборудованием очень близка
к плотности воды . Изменяя объем воздуха в
своих легких , аквалангист может в небольших
предел ах изменять свою плавучесть, т. е. под­
ниматься или погружаться .
Акв алангисты спускаются под воду не толь­
ко для исследования растительной и животной
жизни океана, но и для подъема затонувших
грузов , и для археологических работ . Плавание
под водой и подводная охота на рыб стали новым
видом спорта . Аквалангисты могут достигать
глубин до 100 м .
Один из пионеров подводного плавания -
француз Ив Кусто сконструировал подв од­
ный скутер , который может тянуть человека под
водой со скоростью 10 км/час .
Подводное плавание дает возможность изу­
чать «потолок» океана. Но человек стремится
обследовать и его дно . Сначала он проник глу­
боко в океан в прочном металлическом цилинд­
ре . Затем для глубинных исследований стали
88
применять стальные шары - батисферы с ил­
люминатор ами из толстого кв арцев ого стекла.
В батисфере челов ек з ащищен от давления в оды
стальной броней .
В 1934 г. америк анским ученым Вильяму
Бибу и Отису Бартону удалось опуститься в ба­
тисфере на глубину 923 м . Во время спуска
они обнаружили новые виды рыб . С помощью
батисфер были проведены многие интересные
исследов ания . Однако у этих аппаратов есть
большой недостаток : с кораблем они связаны
тросом . Трос позволял батисфере передвигать­
ся только по верти кали , а обрыв его неминуемо
кончился бы гибелью исследов ателей.
Эти недостатки были преодолены , когда за
изучение морских глубин взялся знаменитый
исследов атель стратосферы бельгийский профес­
сор Огюст Пикар . Он сконструировал для погру­
жения на большие глубины батиск аф - подвод­
ный стратостат .
В батискафе исследователи и приборы на­
ходятся в стальной шарообразной гондоле; она
укреплена под металлическим продолговатым
«попл авком» , который наполнен бензином .
Плотность бензина - 0,8 г/см3 , поэтому такой
«попл авок» дает подводному кораблю запас
плавучести .
Если бы в «попл авке» батискафа был воз­
дух , как , например , в цистернах п·щв одной
лодки , то на глубине в несколько километров
его надо было бы з ащитить от громадного дав ­
ления толстыми стальными стенк ами . Это сни­
зило бы плав учесть . Бензин же почти несжи­
маем , нак и вода , и тонкие стенки <(пош1авка>)
лишь не дают бензину растечься в воде . Д,;�я по­
гружения батиснафа использован балласт из
стальных дробинок . Они удержив аются в cuc-

ци альной камере электромагнитом и могут
быть мгновенно выброш ены.
30 сентября 1953 г. батискаф, в котором на­
х одились Пикар с сыном, достиг гл убины 3150 м.
Исследов атели пробыли под водой 2 часа 20 мин.
и непр ерывно вели киносъемку. На случай
встречи с невиданными морскими чудовища­
ми батискаф был снабжен гл убоководной
пушкой .
В другом батискафе , построенном во Фран­
ции по проекту инженер а Вильяма , 15 фев раля
1954 г. Гуо и Вильям установили новый рекорд
погружения , опустившись на глубину 4050 м .
Сейчас усов ершенств ованные батискафы ос­
нащены двигателем и винтами и могут уже
самостоятельно передвигаться в любом на-
Батискаф, rотовый к uorpyжeвmo.
ЧЕЛОВЕК ПОКОРЯЕТ ОКЕАН
правлении . В последние годы в батискафе до­
стигли дна океана в Марианской впадине -
в самом глубоком месте на Земле. Толща воды
здесь до ::;тигает 11 ООО м.
В батискафе были сын Пикара Жак и аме­
риканский моряк Дон Уолш .
Может показаться , что на больш ой глубине,
под колоссальным давлением в 800-1000 атм
(1 атм = 1,013 бар) , вода так сжата ивес ее в
объеме батискафа так велик , что это помешает
дальнейшему погружению . На самом деле не
так . Ведь жидкости почти не сжимаются . Плот­
ность воды на дне Марианской впадины лишь
на 5% больше, чем у повер хности . Поэтому и
выталкивающая сила мало меняется при увели­
чении глубины .
Это можно проверить на опыте . Для него
н ужен пластмассовый сосуд и мелкокалиберная
винтовка. В сосуд налив ается до половины его
объема вода . Пуля , попавшая в верхнюю по­
ловину сосуда , проделает две аккур атные круг­
лые дырки , и только . Выстрел в нижнюю часть
сосуда разнесет его на част и. Объяснит ь это
можно так : пуля проходит через жидкость
за очень короткое время ; вода сжимается на
величину объема пули, но не успев ает подняться .
Давление за это мгновение настолько возрас­
та ет , что сосуд разлетается на куски . Поэтому и
подводная лодка гибнет, когда на некотором рас­
стоянии от нее взрывается глубинная бомба .
Практическая несжимаемость жидкости исполь­
зуется и в батискафе. Толщина стальных стенок
у полой гондолы равна 9 см , а у бензинового
«поплавка» - всего цескольким миллиметрам.
Пе!1АВАН ИЕ НА ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ
У подводной лодки такелаж, нулевая пл аву­
честь , т. е. ее средняя плотность, в точности рав­
няется плотности воды . Чтобы нырнуть на дно ,
она должна уменьшить свою ш�авучесть , а чтобы
подняться на поверхность - ув еличить ее.
У обычного надводного корабля должна быть
положительная плавучесть , чтобы он мо г нести
свои надстройки, находящиеся под водой на од­
ном и том же горизонтальном уровне , грузы и
людей, не погружаясь в воду.
Почему плав ает на поверхности воды дерево?
Ведь плотность целлюлозы, из которой состоит
древесина, выше плотности воды - 1,5 г /см3•
Помните описанный в начале статьи опыт , ког­
да ученые подвергли деревянный брусо к колос­
сальному сжатию и тот уже не смог плавать?
Дерево плавает потому, что в нем есть воздух .
87

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Давление воды вытесни­
ло этот воздух , и дерево
потеряло
плавучесть .
Намокшие стволы де­
ревьев тонут в воде.
Плот, сдел анный из де­
ревьев , обладает поло­
жительной плавучестью,
пока он не намок . Хейер­
дал и его спутники на
«Кон-Тики» пережили
немало тревожных дней ,
наблюдая , как намока­
ют бальзовые бревна , из
которых был сооружен
их плот.
Лодки и корабли обладают положительной
плавучестью потому, что вода не может цро­
никнуть внутрь их корпуса. У корабля в воду
погр ужено только его днище ; вес вытесненной
им воды как раз равен весу всего к орабля , по­
тому он больше не погружается в воду.
УПРЯМОЕ ПOJIEHO
Силу, действ ующую на какое-либо тело ,
можно представить приложенной к одной его
геометрической точке. Так , например , сила з ем­
ного притяжения (вес) приложена к центр у
тяжести тела. Выталкивающая сила тоже при­
ложена к определенной точке - к так назыв ае­
мому це нтру да вления . Эта точка находится
в центр е тщкести вытесненного телом объема
жидкости .
Деревянный брусок , например обыкновен­
ное полено , не может плавать стоймЯ . Сколько бы
мы ни пробовали установить его вертикально ,
упрямое полено будет падать набок и плавать
только плашмя. Как видно на рисунке 9,
центр давления находится ниже центра тя­
жести. Стоит полену чуть отклонит ься от вер-
88
тикали, как возникает пара сил , которая уво­
дит его еще дальше от вертикального положе­
ния. Теперь нам стали понятными причуды
упрямого полена . Оказывается , его поведение
диктуется неумолимыми законами физики.
ЦЕНТР ДАВJIЕНИЯ
•< ПУТЕШЕСТВУЕТ•»
Полено , плавающее плашмя , находится в
устойчивом равновесии , или , как говорят судо­
строители, обладает остойчив остью . Остойчи­
вость должна быть и у
корабля .
На рисунке 10 слева
схематически
изобра­
ж ен корабль; который
от качки . и от ветра
накренился . Величина
выталкивающей
сил ы
при этом не изменилась ,
так как объе�i погру­
женной части у право­
го борта корабля уве-
личился настолько же ,
Рис. 9.
насколько уменьшился слева от осевой линии .
Правая часть корабля вытесняет больше воды ,
чем левая, значит , и центр тяжести вытеснен­
ного объема жидкости тоже переместился вправо
от осевой линии . Оказывается , центр давления
<< Путешеств ует» ! Только это и создает устойчи­
вость . На рисунке видно , что вес и выталкиваю­
щая сила образуют пару сил , которая стре­
мится вернуть корабль в положение устойчи­
вого равновесия . Иг.1
1
а, точка опоры которой ни­
же центра тяжести , не моп,ет стоять на зеркале
вертикально.
МЕТАЦЕНТР
Мы установили , что при крене корабля центр
давления смещается от осевой линии в ту же сто­
рону. При этом обычно возникает пара сил, ко­
торая стремптся вернуть корабль в по;южение
равновесия. Удастся или не удастся этим силам
выровнять 1юрабль , з ависит от многих причин :
от формы корабля , от того , как он нагружен 11
какой крен он сделал. Если трюм корабля пра­
вильно нагружен и борта его достаточно высоки,
то даже большой крен кораблю не страшен .
Когда же основная масса груза расположен а
на палубе, а трюм почти пустой, даже неболь­
шой крен может стать причиной гиб.эли судна .

Точка М, в которой выталкивающая сила
пересекается с осью корабля, называется ме ­
тацентром . Если метацент р расположен выше
центра тяжести судна - корабль устойчив , ес­
ли ниже -неустойчив . На рисунке 10 слева изо­
бражен крен судна с правильно нагруженным
трюмом . Центр тя жести кор абля находится
сравнительно близко от ки.�:rя и расположен
/р
/
Рис. 10.
ниже метацентра. Справа на том же рисунке -
крен судна с пере груженной палубой и пустым
трюмом. Центр тяжести судна находится срав­
нительно ближе к палубе и расположен выше
метацентра. В этом случае сила тяжести и выта.т:r­
кивающая си.т�а опрокидывают корабль . Чем выше
метацентр над центром тяжести , тем большей
остойчивостью обладает судно.
В наше время только сошедший с ума ка­
питан может з агрузить свое судно так , что
центр тяжести окажется выше метацентра. Тя­
п-;елые грузы помещают в нижнюю часть трю ­
ма , а легкие - в верхнюю и на палубу.
Трюмы г рузовых судов , идущих порожня-
ЧЕЛОВЕК ПОКОРЯЕТ ОКЕАН
ком , иногда специально загружают балластом .
чтобы мета центр был выше центра тяжести.
ВОДОИ ЗМЕЩЕНИЕ
Когда речной буксир тянет баржу, видно и на
глаз, что он намного больше ее. Но моряки
определяют размеры судна точной цифрой: не­
длиной и шириной, а водоизмещением . Если
водоизмещение судна 5 тыс. т, это значит , что
столько весит вытесненная им вода, когд а он()
нагружено до нормы. Вес корабля с грузом
также равен в этом случае 5 тыс . т-ведь когд а
тело плавает , его вес равен весу вытесненной:
жидкости . На обшивке судна обычно делают
отметку, соответствующую его погружению при.
полной нагруз ке . Но если корабль перейдет из
од ного океана в другой, где вода более соле­
ная , уровень его погружения станет меньше .
Водоизмещение , равное весу судна, при этом .
понятно , не изменится, но глубина погружения
станет меньше. На обшивке судна поэтому де­
.т:r ают не одну, а несколько отметок в зависимости
от солености воды в различных морях.
Чем больше водоизмещение корабля , тем
больше груза он может взять на борт. Водоиз­
мещение в современном судостроении непрерыв­
но увеличивается : у советского танкера «София»
водоизмещение 62 500 т, в Япони:и строится тан­
кер «Ниссо мару» водоизмещением в 132 ООО тt
Это примерно в три раз а больше , чем водоизме­
щение каждого из таких гигантов Атлантики,
как «Иль-де-Франс» (45 .ООО т), «Нормандию>
(46 ООО т), и почти в два раза больше водоизме­
щен ия «Куин Мери» (81 ООО т).
КОРАБЕ.JIЬНЫ Й АКАДЕМИ К KPЬl.JIOB
Английский
линейный корабль «Роял
Джордж» , стоявший в 1799 г. на рейде Саут­
гемптона, немного наклонили , чтобы очистить
днище от ракушек и водорослей. Для этоrо
пушки с одного борта откатили к осевой плос­
кости судна, пушки же другого борта оставили
на своем месте . Судно получило безопасный для
него крен. Огневые люки нижнего ряда пушек
были выше поверхности моря. До вечера работу
не успели з акончить , а ночью на море подня­
лось небольшое волнение . Волны захлестну­
лись в пушечные люки, вода просочилась в
трюм , и корабль перевернулся. Погибло
около 1000 человек , вместе с ними и адмирал ,
командовавший эскадрой.
89

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Способность норабля оставаться на плnву
при большем или меньшем нрене называется
запасом плавучести. Знаменитый нораблестрои­
тель анад. А . Н . Крылов много лет работал над
те орией остойчив ости и непотопляемости но­
рабля . Он часто прив одил в пример эту натастро­
фу для подт верждения той мысли, что запас
плавучести судна измеряется объемом его над­
водн ой части. Дейстnптельно, пусть даже борта
норабля высоно подняты над поверхностью
моря , но, если в них есть нание-либо нез адра­
енные , т. е. не занрытые плотно, отверстия ,
запас плавучести резн о снижается .
А. Н . Крылов отмечал , что иногда даже
нужно иснусстиенно уменьшать запас плаву­
чести . В наше время нажды й большой норабль
р а зделен на водонепроницаемые отсени . Попав
в поврежде нный отсен , вода может придать
нораблю оп асный нрен. Пожертвовав неното­
рым запасом плавучести и з атопив подводные
отсени другого борта , можно сохранить по­
врежденный норабль на плаву. Еще в 1904 г.
А . Н. Крылов разработал для некоторых типов
военных нораблей таблицы непотопляемости .
Но царсное адмиралтейство не осущест вило
предложение ученого.
Инжене р броненосца «Орел» В. П. Костенно,
знаномый с таблицами Крылова, по своей ини­
циативе устроил на норабле систему выравни­
вания . И во время Цусимсного боя , несмотря
на тяжелые повреждения , этот норабль оста­
вался на плаву. А получившие тание же по­
вреждения бронен осцы «Аленсандр 111» , «Боро­
дпно» , «Суворов» опронинулись и затонули .
ATOMHЫii ЛЕДОКОе.11 «.JIEHllH»
В нашей стране з а годы Советсной вдасти
создан сильный Военно-Мореной Фл от, в строи­
те льстве ноторого антивное участие принимал
А. Н. Крылов . Наши торговые суда бороздят
все оне аны мира , а на севере СССР работает
самый мощный в мире ледокольный флот .
В 1959 г. в СССР вступил в строй первый
атомный ледонол «Ленин» , ставший флагманом
Полярного флота. Это один из самых з амеча­
те льных нораблей нашего времени (см . в т. 5
статьи «Водный транспорт» , «Атом на сл ужбе
человена»).
У ледонола «Ленин» большое водоизмещение -
16 тыс . т. Энергетичесное сердце норабля -
три мощных атомных реантора. Их суточная
потребность в топливе - неснольно де сятRов ...
граммов ядерного горючего. Без остановок
90
л е донол может продвигаться во льдах двух­
метровой толщ ины. Атомный ле докол продлп.1
навигацию по Северному морен ому пути почти
в два раза.
В нонструнции атомох ода была исполь зо­
вана и разработанная акад. А . Н . Крыловым
теория непотопляемости. Одиннадцать водо­
непроницаемы х переборон сохранят корабль на
плаву даже в том случае, если будут затопдены
два главных отсека.
На самом ли деле ледокод колет лед? Нет ,
это предст авление неверно. Корпусу ледокола
прпдана такая форма , что нос его с раз гона
въезжает на лед , ломает и продавливает его .
KAlt ДВllЖЕТСЯ КОРАБа11Ь ?
Примерно 160 лет назад Роберт Фультон
впервые предл ожил установит ь на норабле
паровую машину. «Когда я строил в Нью­
Й орке свой первый пароход, - вспоминал он
впоследствии,-люди отнеслись к моему замыслу
през рительно , нак к фантастической затее» .
Еще совсем недавно основным типом кораб­
лей были пароходы , сжигающие в топках своих
паровых нотлов каменны lr уголь . Паровая ма­
ш ина приводил а в действие нолеса или винт .
Первым пароходам не хватал о взятого на борт
угля , чтобы пересечь Атлантику.
Парусные кораблн 11 з зска;:1ры адм 11ра.1 а Ушакова.

ЧЕЛОВ ЕК ПОКОРЯЕТ ОКЕАН
Кораб.;�ь с паровым д внrате.лем .
На большинстве современных кораблей
установлены дизельные двигатели, вырабаты­
вающие электроэнергию. Вал винта приво­
дится в действие электромотором . На ледоколе
«Ленин» и америк анском грузо-пассажирском
судне «Сав анна» установлены атомные двига­
тели, позволяющие им совершать дальние ш1а­
вания без пополнения з апасов топлива - 1 кг
урана им хватает на целый месяц плавания .
Американские подводные лодки совершали кру­
госветные плаванин, не пополняя запасы топлива.
Ходовой винт корабля , вращаясь в воде , соз­
дает усилие тяги . l\орабль медленно набирает
скорость . При движении с постоянной скоростью
корабль рассекает воду и испытывает ее сопро­
тивление . Сила этого сопротивления з ависит
от скорости корабля , от формы и величины его
корпуса . Чем уже Rорабль , чем п лавнее его
«обводы» , тем большую скорость он развияает
при той же мощности двигателей . По этому у скоро­
стных кораблей вытянутая стреловидная форма .
Вся мощность двигателя при движенип
корабля расходуется , чтобы преодолеть сопро­
тивление воды. Но чтобы увеличить скорость
норабля в 2 раза , мощность двигателей п запа­
сы топлива должны быть увеличены уже в 4 раза .
Скорости современных пассажирских и военных
судов достигают 40 узлов (узел - 1,852 км/час).
При дальнейшем увеличении скорости двига­
тель 11 запас топлив а з аняли бы все водоизме­
щение судна , не оставив места для пассажиров
и полезного груза.
Древние мореплаватели использовали для
движения кораблей энергию ветра. На парус­
никах водоизмещением едва в 500 т Rолумб
достиг Америки, а Магеллан обогнул земной
шар.
Еще 100 лет назад, в l\рымской войне ,
участв овали парусные- стопушечные корабли
водоизмещением в нескол ько тысяч тонн !
Но парусник всегда зависел от капризов
ш �годы. В наше время парусные суда исполь-
Военный норвб�ь с днзсльным н двнrате�ям н .
91

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
зуются в основном для спорта, подготовки мо­
ряков , рыбного промысла и для научных экспе­
диций . Советское парусное судно «Зарю> осна­
щено специальной аппаратурой для измерения
магнитного поля Земли . Чтобы ·не мешать пока­
заниям этих приборов , на судне нет ни одн ой
железной детали.
Парусное судно может двигаться даже
против ветра, используя его силу. Это :кажется
уд ивительным : судно пе ремещается по ломаной
линии . Та:кой способ движения называется ла­
вировкой. Если при та:ком движении ветер дует
справа , то говорят , что судно идет правым гал­
сом ; если слева - то левым галсом . Чтобы
парусник мог лавировать , у него должен быть
большой и тяжелый :киль . Тяжесть повышает
ост ойчив ость при боковом ветре ; большая пло­
щадь :киля создает большое сопротивление прн
бо:ковом смещении судна; сопротивление дви­
жению вперед у него в сотни раз меньше , чем
в боковом направлении . .
Рассмотрим лавировку на примере яхты
(рис. 11). Сила ветра ОА создает силу ОВ , дей­
ствующую на парус РР1 • Силу ОС учитывать не
нужно, та:к :ка:к ветер совсем не действует на
парус , :когда он дует вдоль его плоскости.
Разложим тепер ь силу ОВ на две силы:
одну -ОК , движущую судно по направлению
:киля LL1 ; другую - ОМ , перенди:кулярную
:к направлению :киля ; силу ОМ можно не при­
нимать во внимание , та:к :ка:к вода оказывает
очень большое сопротивление та:кому перемещению
лод:ки . Та:ким образом , очень большая сила ОА
те ряет свою большую составляющую ОС , другая
его часть - ОМ давит на :киль , но :киль не сме-
/
р
;/
j(
/
Р11с. t t. Лавирование парусного судна.
щается и з-з а большого сопротивдевия воды .
И толь:ко небольшая часть силы ОА-в направ­
лении ОК - двигает яхту хоть и нанскосо:к ,
но все же навстречу ветру. Пройдя немного
та:к, .11 евым галсом , я хтсмен из менит по.тю жение
паруса, и яхта пойдет правым галсом .
•
ЗВУК
Кажется, со всем не нужно пояснять , что
та:кое зву:к. Это то, что мы слышим. Это и неж­
ная мелодия с:крип:ки, и тревожный звон :коло­
кола , и грохот грома или водопада , и слова ,
произносимые человеком ... Все это зву:ки, и
потому мы их слышнм . Но само физическое
явлевие-зву:к-существует на Земле помимо
человека . В те дале:кие времена , :когда на Зем­
ле не было не толь:ко людей, во и простейших
живых организмов, гремели гро зовые рас:каты
грома , грохотали водопады, земную :кору по­
трясали невиданные землетрясения . Но эти
зву:ки ви:кто не слышал, потому что ве:кому
V2
было их слышать. Природа щедра, но ничего
она не делает даром , без нужды. И если по чти
всем животным на Земле природа подарила
способность воспринимать зву:ки,
значит ,
им это было необходимо , без этого они не могли
бы выжить в борьбе за существование .
С точ:ки зрен ия физи:ки зву:к - это во зник­
новение и распространение :колебаний в :ка:ком­
либо веществе, будь то во здух ; жидкость или
твердое тело . Если бы на Луне были живые
существа , слух им не понадо бился бы : на Луне
н ет атмосферы , и в безво здушном пространстве
нечему :колебаться, там н ет и зву:ка.

Наука дока зала , что рыбы вовсе н е немы и
не глухи, они тоже издают звуки и слышат их ,
потому '!ТО они воспринимают колебания , воз­
никающие в воде . Людям же уд ается «услы­
шаты их только с помощью специал ьных при­
боров.
В твердых телах тоже во зникают и распро­
страняются колебания. Землетрясение ощуща­
ется не тол ько в том месте , где оно во знпкло ,
но за десятки, сотни и даже тысячи километров .
Наш орган слуха - ухо - устроен так ,
что непосредственно слышит звуки, распростра­
няющиеся не только в во здухе , но и в воде .
Если вы приставите к своей голове камертон ,
звучащий так слабо , что ухо не ул авливает его
звук , то явственно услыш ите этот звук через
кость : органы внутреннего уха уло вят колеба­
ния, распространяющиеся в твердом теле .
Излучают звук колеблющиеся тела: струна,
камертон (если по ним ударить), колебания воз­
духа в прорези свистка , колебания голосовых
связок и т. п,
Во здух - это смесь газов. Молекулы газов,
составляющие во здух , находятся в беспорядо ч­
ном тепловом движении , беспрерывно сталюrва­
ются друг с другом и ра злетаются. За 1 секунду
каждая мол екула сташшвается с другим и милли­
арды раз. Скорость их движения достигает
1000 м/сек . Атм осфера существует на Земл е
только благодаря притяжению планеты ; если
бы оно исче зло , все молекулы во здух а немед­
ленно улетели бы в м еж зве здное пространство .
Притяжение Земли со здает и атмосферное дав­
ление . Но молекулы воздух а не падают на
Землю , подо бно камню , так как они обладают
кинетичес кой энергией , беспрерывно обмени­
ваются ею друг с другом , противодействуют
сжимающему их да влению . Это значит , что
газ обладает уп ругостью : он сопротивляется
сжатию , а когда давление снято , расширяется,
занимал весь предоста вленный ему объем .
Упругостью обладают и жидкости и твердые
тела.
В твердых тел ах и в жидкостях дейст вуют
большие силы межмолекулярного притяжения .
Их молекулы не могут ра зойтись на расстояние
большее , чем по зволяют эти силы . В га зах же
такие силы очень слабы и их молекулы сближа­
ет только внешнее давл ение .
Упругость во здух а выражается в том , что
любое давJiение на во здух передается им равно ­
мерно во все стороны. Поэтому и возможна в воз­
духе переда ча упругих волн , т. е. сжатий и раз­
режений га за , со зданных лю бым посторонним
телом .
ЗВУК
Из всего многообразия упругих вол н зву­
ковыми называют лиш ь те из них , которые спо­
собен воспринимать наш орган слуха. Возник­
новение , распространение и свойства · звуко­
вых волн изучаются специальным разделом фи­
зики - акустикой.
ЗBYROBAJI BOJIHA
При вибрации звучащее тело отклоняется
от своего положения равновесия попеременно
в противоположные стороны . При каждом откло­
нении оно сжимает одной своей стороной приле­
гающий к нему во здух , а другой стороной раз­
режает . С одной его стороны да вление во зд ух а
становится чут ь больше атмосферного , и на­
столько же оно уменьшается на противополож­
ной стороне. Разница между давлением в слое
сжатия или разреж ения и обычным атмосфер­
ным давлением называется акустическим или
звуковым давлением .
Чередующиеся сжатия и разрежения , со з­
данные вибрирующим телом - источником ,­
перед аются в во здухе благодаря его упругости
от слоя к слою , т. е. распространяются от места
их во зникновения во все стороны . Со зд анные
вибрирующим телом сжатия и разреж ения
воздуха повторяются, постепенно затухая,
в каждой точке пространства , куда достигнет
волна .
Физики-акустики ум еют измерять свойства
звуковой: волны . НаибGльшее значение в этих
измерениях имеет определение величины аку­
стического давления и его частот ы, т. е. коли­
чества колебаний в одну секунду. Единица
этого измерения- rерц - названа по име ­
ни
немецког"' ученого Генриха Герца .
Герц - частота , при которой в одну секунду
происходит одно колебание . Обо значается
она гц.
Орган слуха у человека воспринимает уп ру­
гие волны с частотами от 16 колебаний в секунду
до 20000, т. е. с частотами от 16до 20000щ (20кгц)
Волны с ча стотами меньше 16 гц на зывают ин­
фра звуком , с частотами больше 20 кгц - ул ьт­
развуком.
Чтобы иметь более полное представление
о звуnовой волне , нужно , кроме частоты , знать
и ее длину - расстояние между ближайшими
слоями сжатия (или ра зреж ения) - и скорость
ее распростраJЮния. Все эти величины: частота
'1, дл ина Л и скорость v - взаимо зависимы.
Если измерить две из них , можно найти и тре-
93

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
тью . Их зависимость друг от друга можно
выр азить в простой формуле:
л-�
'1
Так как период колебаний , т. е. время, за
которое проходит одно колебание , определяется
1
через частоту Т = - , то связь этих величпн
'1
выражается формулой. :
A=vT.
Когда над вашим ухом зудит комар, вы
слышите звуки очень высокого тона. Их ча­
стота превышает 10 ООО колебаний в секунду,
длина же звуковой волны равна приблизи­
тельно 3,3 см.
В мычании быка нет звунов с частотой,
большей 30 гц . Наим ен ьш ая длина волны тако­
го звука равна примерно 10 м. Остальные
звуковые волны в мычании бына длиннее 10 м.
RAK ИЗМЕРИ.1
1
11 СКОРОСТЬ ЗВУК..\
Мысл ь измерить скорость звуна впервые
пришла английскому философу Фрэнсису Бэ­
кону. По его совету этим занялся француз­
ский ученый Марен Марсенн . В 1630 г. он про­
вел наблюдение над выстрелом из мушнета .
·
Расстояние между наблюдателем и мушнетом
было поделено на время, прошедшее между
вспышноii от выстрела и долетевшим до наблю­
дател я звуком . Марсенн нашел , что скорость
звука равна 230 туа зам в секунду, что соответ­
ствует 448 .м /сек .
Спустя полвена английсний ученый Ис аак
Ньютон вычислил скорост ь звуна теоретиче-
Длина волны в комарином писке в 330 р аз
короче, чем в мычании быка.
ски, исходя из упругих свойств во зд ух а и за­
висимости объема газа от да вления , зависимост и ,
выраженной законом Бойля-Мариотта. Эта
скорость ока залась немно гим более половпны
скорости, полученной в опыте Марсенна . Когда
теория противоречит опыту, следует иснать,
где ж е ошибна. Ее начали искать и в теорети­
ческих рассуждениях Ньютона, и в опыте
Марсенна .
В 1738 г. французская Анадемия наун по­
вторил а измерение скорости звуна . Опыт был
поставлен на холме Монмартр, бл из Парижа .
Было установлено , что скорость звука равна
171 туазу в сенунду , что соответствует
337 м /сек . Несовпадение с опытом Марсенна
объяснили тем , что его измерение времени
было несовершенным . Однано и ре зультат по­
вторного опыта не соответствовал теоретиче­
сnой формуле Ньютона .
В 1808 г. французсний ученый Пуассон
выяснил, что закономерность, обнаруженная
Бойлем и Мариоттом ( именно она была поJю­
жена в основу расчетов Ньютона) , неприме­
нима для описания , к а �> распространяется звук
в воздухе . Этот зююн справедлив лишь в том
сл учае , когда объем газа изменяется медленно ­
так, что сжимаемый газ отдает среде , которая егu
окруа\аст , во зникающее в нем тепло; или, нао­
борот , так , что медленно расширяющийс я газ
успевает нагреваться от окруж ающей среды .
Следо вател ьно , постоянство температуры воз­
духа (основное ус ло вие закона Бойля-Мариот­
та) может быт ь сохранено лишь в 11зотермиче­
с1шх ус ловиях , т. е . при сво бодном теплообмене
между сжимаемым га зом и онружающей этот
газ средой.
Именно этих ус ловий и нет в звуковой волне .
Теплопро водность воздуха мала , а расстояние

между слоями сжатия и ра зрежен ия велико .
Избыток тепла из слоя сжатия н е успевает пе­
рейти в слой разреж ения . Давление и объем
изменяются в соседних слоях бе з теплообмена
и, следовател ьно , при изменяющейся темпе­
ратуре . Фи зические процессы , происходящие
без теплообмена с окружающей средой, назы­
ваются адиабатическими. В адиабатическом
процессе сжимаемый газ нагревается (вспом­
ните , как нагревается велосипедный насос ,
если очень быстро накачивать шину) , а рас­
ширяющийся - охлаждается.
Различие между расширеНIЦlМИ газа в изо­
термических и адиа батических условиях по зво­
лило францу зском у ученому Лапласу объяснить,
почему скорость звука , вы численная по формуле
Ньютон а, не со впадает с ре зул ьтатом опыта :
колебания звукового давления в во здухе про­
исходят в адиа батическ их , а не в изотермиче­
ских усло виях .
В 1822 г. бл из Парижа вновь были постав­
лены опыты. В них участвовали ученые : Гей­
Люссак , Араго , Гумбольдт и др . Ре зул ьтаты
опыта совпали с теоретическими вычисления­
ми Лапласа и подтвердили, что скорость зву­
ка во зрастает с повышен ием температуры . В су­
хом воздухе при О0Ц она равна 331 ,5 м /сек ,
а при 20"Ц - 344 м/сек.
При одной и той же температуре скорост ь
звука больше в том га зе, у которого меньше
молеку11 ярный вес . При О"Ц скорость звука:
в водороде
в гелии
в азоте
-
1284
965
334
316
в кислороде -
м/сек,
м/сек,
м/сек,
м/сек.
ЗВУК
В воде , упругость которой больше, чем у во з­
духа, звук распространяется при 20°Ц со ско­
ростью 1484 м /сек . Упругость твердых тел боль­
ше, чем жидкости . В алюминии, желе зе , стали
скорость звука равна примерно 5000 м/сек .
Р АСПРОС'l,Р АНЕНИЕ
11 ОТРАЖЕНИЕ З ВУКА
Звук распространяется от звучащего тела
равномерно во все стороны , если на его п ут и
нет никаких преп ятствий. Но не всякое пре­
пятствие может ограничит ь его распростране­
ние . От звука нельзя загородиться небольшим
листом картона , как от пучка света . Звуковые
волны , как и всякие волны , спосо бны огибат ь
препятствия, «не замечать» их , если их размеры
меньше , чем длина волны . Длина слышимых
в воздухе звуновых волн колеблется от 15 м до
0,015 м. Если у препятствий на их пути мень­
шие размеры (например , у древесных стволов
в редколесье) , то волны их просто огибают .
Препятствие же больших размеров (стена дома,
скала) отражает звуковые волны по тому же
з акону, чт о и свето вые : угол падения равен
углу отражения. Эхо - это отраж ение звука
от препятствий.
Своеобраз но переходит звук из одной среды
в другую . Явление это до вольно сложное, но
оно подчиняется общему правилу: звук н е
переходит из одной среды в другую , если их
плотности резко отличны , например из воды
в во здух . Достигал границы этих сред , он
почти полностью отраж ается. Очень незначи­
тельная част ь его энергии уходит на вибрацию
Так была в первые измерена скорость з в)'ка.
Do

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Оба колокольч11ка 11злучают звуковые во;�ны с одинаковой частотой . Дл1ш а волны бол ьше в той ореде, rде ова распростра­
няется с бол ь шей скоростью.
поверхностных слоев
.
другой среды . Погрузив
го лову под самую поверхность рею1, вы еще
услышите громкие звуки, на гл убине же в 1 м
уж е ничего не услышите . Рыбы не слышат
звук , раздающийс я над поверхностью моря,
но звук от тела , вибрирующего в воде , они слы­
шат хорошо .
Через тонкие стенки звук слышен потому,
что он заставляет их колебаться, и они как бы
воспрои зводят звук уже в другой комнате. Хо­
рошие звукоизоляционные материалы - вата ,
ворсистые ковры , стены из пенобетона или по­
ристой сухой штукатурки - как раз тем и
отлнчаютсл, что в них очень много поверхностей
ра здел а между во здухом и твердым телом . Про­
х одя через каждую из таких поверхностей, звук
.м ногократно отражается. Но , кроме того , и
сама среда , в которой звук распространяетс я,
погJJощает его . Один и тот же звук слышен луч­
ше и дальше в чистом воздухе, чем в тумане ,
где его поглощают поверхности раздела между
воздухом и капелышми воды .
По-разному поглощаются в воздухе звуко­
вые волны различной частоты . Си.11ьнее - звуки
высокие , меньше - низкие , такие , например ,
как бас . Именно поэтому пароходный гудок
издает такой низкий звук (частота его не более
50 гц) : низкий звук слышен на бол ьшем рас­
стоянии. Большой: коJюкол в Московском Кремле,
когда он еще висел на коло1юл ьне «Иван Вел п­
кий», был слышен за 30 верст - он гудел то­
ном примерно в 30 гц (фа субоктавы) . Еще
меньше погдощаютсл инфразвуки, особенно
в воде. Рыбы елышат их за десятки и сотни
кил ометров . А вот ул ьтразвук пеглощается
96
очен ь быстро : ультра звук с частотой в 1 Мгц
ослабляетс я в во здухе вдвое на расстоянии
2 см , тогда как звук в 10 кгц ослабляется
вд вое на 2200 м.
�Н ЕРГИЯ ЗВУКОВОЙ BOJIHЫ
И CИ.JIA ЗВУКА
Хаотическое движение частиц вещества (в том
числе и молекул воздуха) на зывают тепловым .
Когда в воздухе распространяется звуко вая вол­
на, его частицы приобретают , кроме теплового ,
еще и дополнительное движение - колебатель­
ное . Энергию для такого движения дает ча сти­
цам во здуха вибрирующее тело (источник звука);
пока оно колеблется, энергия бесп рерывно пере­
дается от него в окружающий во здух . Чем
дальше пройдет звуковая волна , тем сла бее она
становитс я, тем меньше в ней энергии . То
же самое происходит со звуковой волной и в лю­
бой другой уп ругой среде - в жидкости , в ме­
талле .
Звук распространяется равномерно во все
стороны , и в каждый момент слои сжатого воз­
духа, во зникшие от одного импульса , обра зуют
как бы поверхность шара , в ц ент ре которого
находится звучащее тело . Радиус 11 п оверхность
такого «шара» бесп рерывно растут . Одно и то
же кол ичество энергнн прпходнтся на все боль­
шую и большую поверхность «ш ара» . Поверх­
·н о сть шара пропорциональна квадрату радиуса ,
поэтому количество энергии звуковой волны,
проходяще й, допустим , ч ере з квадратный метр
поверхности , обратно пропорционально квад -

рату расстояния от звучащего тела. Следова­
тельно , на рассто янии звук стано вится слабее .
Русский ученый Н. А. Умов ввел в науку
понятие поток плотности энергии. Величиной
потока энергпи удобно измерять и силу (ин­
тенсивность) звука . Поток плотности энергин
в звуковой волне - это количест во энергии, ко­
торое проходит за секунду че рез единицу по­
верхности , перпендикулярной направлению вол­
ны . Чем бол ьше поток плотности энергии, тем
бол ьше сила звука . Измеряется поток энергии
в ваттах на квад ратный м етр (вт /м2) .
ЗНЕРГИ.Я ЧЕ.JJОВЕЧЕСКОГ О ГОЛОСА
Голосовой аппарат челове ка , как и .11 юбой
источник звука , передает энергию в окружаю­
щую среду, но эт а эн ергия очень мала . Пред­
ста вьте себе , что вы на стадионе, где одновре­
менно говорят и кричат 100 OOQ человек . Если
превратить поток энергии этих голосов в энер­
гию электричес кую , то ее едва хватит на .11 ам­
почку мален ыюго электричес кого фонарика .
Мощность одновременного разговора всех лю­
дей на земном шаре едва ли больше мощности
автомо биля «Моск вич» .
У;+; е давно придуманы устройства , по зво­
ляющие слыш ать голос на далеком расстоянии .
Благодаря свойству отражаться от препятств ий
звуковые волны можно специальными устрой­
ствами направлять в определенную сторону,
подобно лучу прожектора .
Желая окликнуть кого-либо , находящегос я
в отдалении , мы обычно подноспм ко рту .11 адо ­
ни и тем самым направляем поток звуково й
эне ргии в ну1nную нам сторону. По этому щ е
принцип у уст роен рупор . Он со зд ает направ:1ен­
ную звуковую волну так, что поток ее энергии
_-:
:=:,
·:::=
-- ---
-·
·-··-
-
Рупор qолководца.
17д.э.т.з
не рассеивается во
все стороны, а к он­
центрируется в од­
ном направ.11ении .
Греческий: по.11ко ­
водец Александр Ма­
кедонсю1й подьзовал­
ся во время сраа;е­
ний рупором . В гро­
хоте боя трудно было
бы сл ышать слова
команды, но, если
отдавать ее че рез ру­
п ор,
она хорошо
слышна и на боль­
шом расстоянии.
ЗВУК
НАШЕ УХО
В органе слуха ра зличают наружное , сред�
н ее и внутреннее ух о. Наружное )' ХО - это
ушная раковина и начало слухового проход а
до барабанной: перепонки. За ней - область
сред него уха: полость , заполненная во здухом,
и три слуховые косточки . Первая из них , моло­
точек, одним концом сочленена с барабанной
перепонкой, другим - со второй косточкой
Органы слухового аппарата у человека : 1 - )'ШНая раковина;
2 - наружный слуховой про ход; :; - барабанная перепонка;
4 - барабанная полость; :; - мо .11:оточек; 1; - наковальня;
7 - стремя; 8 - евстахиева труба; 9 - полукружные каналы;
:10 - у.читка; 11 - слуховои нерв; 12 - височная кость.
наковальней. Наковадьня соединена с треть ей
косточкой - стременем, которое уп ирается в пе­
репонку, отделяющую �реднее ухо от внут­
реннего . Молото чек , наковальня и стремя -
это своеобразный рычажный механизм , пере­
даю{Ций . колебания барабанной перепонки во
внутреннее ухо. Внутреннее ухо (лабиринт) ­
это полость, свернутая у:1иткой и напо.11ненна я
жидкостью . Внутри .11 абиринта ест ь мем брана,
соприкасающаяся со слуховыми н е рвам и.
При тишине давление во здуха с обеих сто­
рон барабанной перепонки одинаково и она
находится в состоянии покоя. Когда i-1\ e в на­
ружном ухе давление во здуха увеличпвается,
барабанная перепонка прогпбаетс я внутрь. При
эт ом во зд ух , находящийся в среднем ухе,
сж имается . Есл и давление воздуха в наружном
ухе умен ьшается, уп ругий во здух в среднем
ухе прогибает барабанную перепою; у в область
наружного ух а.
Любое периодическое изменение аr\устиче­
ского да вления в пределах от 16 гц до 20 кгц
приводит к периодическим колебаниям бара- ·
банной перепонки. Е е колебания передаются
9';

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
молоточку, наковальне и стремени. Стремя пере­
дает колебания перепонке , отдел яющей внут­
реннее ухо от среднего . В жидкости лабиринта
во зникают упругие волны , и они приводят
в движение мембрану улитки. Мембрана сопри­
касается с кончиками нервных корешков, кото­
рые передают раздражен ие в мозг. Эти раздра­
жения и воспринимаются мозгом как звук .
ЗАГА ДRА
_
НАШЕГО CJIYXA
Движение в виде волн встречается почти во
всех областях фи зических явлений . Звуковые
волны , как и волны в любых других физиче­
ских явлениях , ока зывают переменное во вре­
мени давление на предмет , сто ящий на их пути.
Благодаря звуковому давлению мы и мо­
жем слышать з вук . Оно ничтожно . Мы ле'гко
ул авливаем чут ь слышный шорох , хотя его
звуковое да вление на барабанную п ерепонку
уха равно всего лишь 3.10-5 н/м2, т. е. в 3.101°
раз меньше давления атмосферного . Такое дав­
ление соответствует нагрузке примерно трем
десятимиллионным грамма на 1 см 2 • Наше
ухо гора здо чувствительнее , чем самые точней­
шие химические весы !
Такая чувствительность уха уж е сама по
себе загадочна. Физиологи рассчитали, исходя
из физической упругости барабанной перепон­
ки, на какую величину она смещается под дав­
лением самого слабого звука, который можно
еще отчетливо услышать . И получилась трудно
понимаемая величина: такой слабый звук
прогибает барабанную перепонку на расстоя­
н ие меньше, чем. .. размеры атома ! Науке
еще н е вполне ясно , как осуществляется в на­
шем ухе передача и восприятие столь слабых
звуков.
ЕЩЕ БOJIEE УДИВИТЕJIЬНАН
ЗАГАДКА
Мать, спяща я возле больного ребенка, сра­
зу же просыпается в тревоге , если его дыхание
изменится. Она чутко слышит и из всех других
шумов выделяет изменения в чут ь слышных
звуках детского дых ания . И то же самое ухо
переносит бе з особого для себя вреда чудовищ­
н ые раскаты грома, когда человек попадает в
центр сильной гро зы .
Поток энергии самого слабого звука , кото­
рый восп ринимают люди, обладающие особой
остротой слуха, поразительно ничтож ен : можно
98
услыш ать звук с энергией, равной ro- 1 2 вт /м2•
А перестает слышать наше ухо только те зву ки,
поток энергии которых превышает 10 вт/м2•
Звук такой интенсивности непереносим - он
вызывает ощущение нестерпим ой боли.
Способность воспринимать звуки, интен­
сивност ь кото рых различается в 1013 ра з, -
это уж е совершенно зам ечательное и удивитель­
ное свойство нашего ух а! Измерительная тех­
ника не знает такого прибора , которым можно
было бы определ ять величины, ра зличающиеся
в десять триллионов раз (10 ООО ООО ООО ООО) .
На весах с т аким диапа зоном чувствительн ости
можно было бы взвесить и камень в один кило­
грамм и н ебольшую планету.
CJIYX И JIОГАРИФМЫ
Только привычка пользоваться своим слу­
хом да недостаточная осведомленность мешают
нам уд ивлят ься подлинному чуду - устрой­
ству нашего ух а.
Наше ухо -очень точный прибор . Мы легко
определяем , сравнивая два звука , какой из
них громче и какой обладает большей энер­
гией, даже если их интенсивности близки. А
слышать мы можем и шелест листьев, и тиканье
часов , и раскаты грома, и грохот водопада.
1\аждый из этих звуков воспринимается орга­
ном слуха, который оценивает его громкость .
Зависимость между энергией воспринимае­
мого звук а и тем ощущением громкости, кото­
рое он производит , установлена опытным путем .
При этом выяснилось, что изменение громко­
сти зву.ка при изменении потока энергии звуко­
вой волны проще всего оценивать с помощью
логарифмов .
Принято считать, что гром.кость зву.ка изме­
нится на единицу, если его эпергия увеличится
или уменьшится в 10 раз . Единица громк ости ­
бе.л. (6). Однако для пра.ктических оцено.к
гром.кости зву.ка о.казалось уд обнее пол ьзо­
ваться десятой частью этой единицы - деци­
белом (дб) .
Если энергия первоначального звуна Е
0
возрастет в 10 раз, т. е. окажется равной
10 Е0 , то громкость воспринимаемого зву.ка
увеличится на 10 дб ; энергия вырастет в 100 раз,
громкость повысится на 20 д б; в 1000 раз -
на 30 дб. Всему нео бъятному диапа зону в изме­
нениях энергии звука, который доступен на­
шему уху, т. е . изменение примерно в 10 трил­
лионо в ра з, соответствует изменение в ощуще�
нии громкости всего на 13 б, или на 130 дб.

Физшш условились принять за начальный
уровень отсчета энергию та кого слабого звука ,
который может услыш ать далеко н е каждый
человек даже с очень чутким слухом . Энергия
такого звука равна Е
0
= 1О-12 вт/м2• С помо­
щью этой величины определяется громкость
любого звука . Если его энергия равна Е , то
его громкост ь , выраженная в децибелах, будет
10 lg � дб. Даем табличку, в которой по-
о
ка зана громкость знакомых всем звуков на·
расстоянии нескольких метров и соответствую­
щая им энергия потока:
шелест листьев - 10 дб -10-11 вт/м2 ,
тиканье ча сов
-
20 дб -10-10 вт/м2,
мирная беседа
-
40 дб - 1О-8вт/м2,
громкий разговор - 70 дб - 10-5 вт/м2,
шумная улица
-
90 дб - 10-з вт!м2,
самолет на старте - 100 дб - 10-2 вт/м 2•
Эта таблица полезна. Пусть она напоминает ,
что громкий разговор действует на наши уши
с эне ргией в 1000 раз большей, чем мирная
беседа . Берегите свои уши и нервы .
ГРОМКОСТЬ ЗВУ КА И ЕГО ТОН
Один и тот же звук может восприниматься
одним человеком ка1< н ормальный, а другим -
к ак громкий. Громкость звука зависит не только
от чувствительности уха , но и от психического
восприятия . И тем не менее каждый человек
воспринимает звук , обладающий большей энер­
гией, к ак более громкий.
Самый слабый звук с самой малой энергией,
воспринимаемый ухом , называют порогом
слышимости. Низкие и высокие тона
воспринимаются на пороге слышимости по­
разному. Чтобы у них была одинаковая гром­
кость, энергия и давление звука должны быть
у низких тонов больше, чем у высоких . Тембр
звук а определяется не только количеством
высоких и низких обертонов, но и соотноше­
нием их энергий и звуковых давлений.
Очень сильные звуки со здают в органах
слух а ощущение боли. Звук любого тона имеет
болевой порог восприятия . На цветном рисун ке
у страницы 112 пока заны гран ицы слыш имости.
Область слыш имости ограничена двумя кри­
выми: порога слышимости и порога болевого
восприятия. Естественная же область звуковых
давлений , воспринимаемых ухом при звуча­
нии голоса , показана на этом рисунке штри­
ховкой.
7•
ЗВ УК
ОТ КУДА ПРИШЕЛ ЗВУК?
Бас кто-то окликнул . Услышав голос , вы
повернете лицо именно в ту сторону, откуда
он донесся. Происходит это потому, что слухо­
вые раздражения приходят в мо зг одновременно
от обоих ушей только в том случае , если источ­
ник звука находится от них на равном расстоя­
нии. Голову мы поворачиваем всегда в ту сторо­
ну, откуда звуковое раздражение пришло в мо зг
хотя бы на сотую долю секунды раньше , чем
раздражение, воспринятое другим ухом .
Т аким образом , восприятие звука обоими
уш ами дает во зможность определ ить , в какой
стороне от нашего лица находится источник
звука . Это свойство нашего слуха называется
бинауральным эффектом . Его часто исполь­
зуют в технике , например для стереофониче­
ского звучания в кино . При демонстрации
стереофониче ски озв ученных фильмов звуки
производятся двумя или н есколькими динами­
ками в ра зличных точках кино зала . По такому
же принципу устроены и проигрыватели для
стереофонических граммофонных пластинок .
�ФФЕКТ ДОПЛЕРА
Вы, наверное, замечали, как наменяется
звук сирены электропоезда , когда тот проносит­
ся мимо платформы, на которой вы стоите.
Когда поезд приближается, тон сирены высо­
кий и тревожный; когда же поезд пронесет­
ся мимо , ее звук резко меняется: становится
более низким , как бы успокаивающим . Сирена
со здает в во здухе одинаковое количество ко­
леqаний и при приближении поезда , и при
его удалении, скажем 100 гц. Но , прибли­
жаясь к вашему уху, она как бы догоняет
свой звук , а удал яясь, как бы «уво зит>) его
с собой.
Скорость звука - 340 м/сек, скорост ь по­
езда примем для простоты расчета в 34 м/ сек .
Предположим , что сирена , приближаясь к вам,
гудит 1 сек, за это время она во збудит 100 коле­
баний; если бы поезд не двигался , вы услыша�
ли бы звук с частотой в 100 гц. Но поезд при­
ближается. Допустим , что сирена ю1.чала гу­
деть за 340 м до платформы. Первое и з ее
колебаний ва ш сл ух уловит ро вно че рез секун­
ду. Но она гудит-то всего 1 сек , и за эту се­
кунду поезд промчится 34 м. Последнее ко­
лебание произойдет в 306 м от вас , и вы его
306
услышите через 340 сек, т. е. через 0,9 сек. Со вре-
99

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
мени, «огда вы услышали первое «олебание,
прошло всего 0,9 сек , та« «а« сирена перестала
гудеть, «огда вы услыш али ее первое «олебание .
Та«им образом , все 100 «олебаний вы воспри­
няли за 0,9 сек , а частота ус.11ышанного вами
100
зву«а стала 09 гц, т. е . 111 гц . Повторив те
'
же рассуждения для удаляющегося поезда ,
мы найдем , что частота зву«а должна ум ень­
шиться до 91 гц. Разница в.частотах зву«а при
приближении и при уд алении поезда равна
2
9
от осно вн ой частоты - это почти два тона
музы«ального ряда . Если бы с«рипач взял на
промчавшемся поезде ноту ре, то , по«а поезд
приближается, мы слышали бы ми , а «огда поезд
уж е удаляется - до.
Изменение частоты зву«а вследствие эффе«та
Доплера мощно подсчитать по формуле:
vo
v=
'
1±_.!
!"_
__
w
где и - с«орость, с «оторой движется источни«
распространяющегося зву«а, w - с«орость зву«а
в воздухе (340 м/сек) , v0 - ча стота источни«а
зву«а , v - слышимая частота . Зна« (< Минус» в
знаменателе относится R приближающемуся
ИСТОЧНИRУ зву«а , знаR (< ПЛЮС» - R удал яюще­
муся . (Об эффе«те Доплера см . та«же в ст .
« Свет» .)
А что будет , если исто чни« зву«а летит на
вас со с«оростью зву«а или даже с«орее , чем
зву«? Когда в небе проносится реа«тивный
самолет , он обгоняет производимый им грохот .
Сначала вы увидите летящий низ«о самолет ,
а затем уж е, «огда он с«роется з а горизонтом,
до вас дойдет зву« значительно более нпз«ий ,
чем тот , «оторый можно услыш ать н а аэродроме
при старте .
УДАРНАЯ ВОЛНА
По«а самолет летит медленнее зву«а, все
происходит по формуле Доплера: он догоняет
свой зву« , частоты соответственно изменяются.
Ка« только самолет достиг с«орости зву«а , он
начинает двигаться вместе со зву«ом . Но вот
он увеличивает с«орость, обгоняет з ву« . Все
зву«овые нолебания во здух а должны оставаться
сзади самолета, в «онусе , угол которого тем
меньше, чем скорость самолета больше скорости
звука .
Но так происходило бы , есл и бы самолет воз­
буждал только слабые во змущения в во здушной
:100
среде , такие , ка« зву« . Но самолеt - ист оч­
ник очен ь сил ьных возмущений . При полете со
сверх звуновой с«оростью воздух перед летя­
щим телом уплотняется, и в этом слое во зд ух а
резко во зрастают и да вление и температура.
Этот слой даже уд ается сфотографировать , на­
сто.11ько в нем отличны и плотност ь и «оэффи­
циент преломления от обычного во здуха . Ско­
рость звука в таком слое тоже меняется, она
становится больше скорости самолета . Во зни­
·«ает
так называемая ударная волна , она на­
много обгон яет самолет . Распространяясь, уда р­
ная волна затихает , и ее скорость сравниваетс я
с обычной звуковой; следовател ьно , он а уж е
отстает от самолета .
Иногда в бе зоблачный ден ь вы слышите
будто уд ар грома . С уд ивлением ищете в н ебе
грозовое облако , но , приглядевшись, видите
вместо него серебристую точк у. .. Это - ско­
ростной самолет , а уд ар «грома» - остат«и
его уд арной волны , давно уже превратившейся
в звуковую . Если такой самолет пролетит
на высоте в 20 м вдоль колонны автомо билей,
ид ущ их по шоссе , мощная ударная волна
разобьет все автомашины и сбросит их остатки
в кювет. (О том, как образуется ударная волна,
рассказано в ст . (< Крылатый полет�>.)
РЕ�JОНАТОРЫ
Чтобы раскачать качели, надо их подталки­
вать в такт с их движением . Если толкать как
попало - не в такт, - сильно раскачать не
уд астс я. То же самое происх одит с любым и
ко.'I ебаниямп, например со з вуковыми вол на ми,
с волнами на воде .
Неподалеку друг от друга поста влены два
к амертона, настроенные на одну и ту же ча сто­
ту колебания . Если один из камертонов заста­
вить звучат ь, его звуковая волна раскачает
и другой камертон . Это явление называется ре­
зонансом. Прекратив звучание первого «амер­
тона , вы можете услышат ь , что второй некоторое
время . продо.11жает звучат ь. Но камертон ,
настроенный на другую волну, н е отзо­
вется на звучание первого , н е будет резо­
нировать.
Резонанс широко исполь зуется в акустике .
Деnа рояля, норпус скрипки, раструб валторны,
рад иорупор - все это резонаторы . Звук одной
то.11ько скрипичной струны не слышен будет
в концертном зале , его во много раз усиливает
резонатор - ко рпус скрипки . Как резонатор
дейст вует и сам концертный зал .

Звучащее тело преобразует н е всю полу­
ченную им энергию в эне ргию звука . Резона­
тор увеличивает коэффициент такого преобра­
зован ия . :Корпус скрипки собирает сла бые звуки
и раскачивает им и основной звук , как качели.
:К роме того , резонаторы музыкальных инстру­
ментов придают звуку своеобразный тембр,
окраску, мягкость звучания своими оберто­
нами .
Но форма наилучш его резонатора остается
до сих пор загадкой для науки. Почему в одном
зале слышны все звуки , издаваемые скрипкой,
а в другом , с такой же кубатурой, некоторые
звуковые оттенки пропадают? Почему, слегка
изменив форму у корпуса скрипки, можно на­
много усилить ее звук? Почему скрип ки, изго­
то вленные в XVII - XVI II столетиях итальян­
скими мастерами Амади , Страдивари и Гварне­
ри, сейчас еще пока невозм ожно превзойти? Все
это предстоит разгадать ученым .
MYtJЫRAJIЬHЫE 3ВУ КИ
Мы с удо во.'lьствием слуша ем песню , игру
пианиста или скрипача , духовой оркестр , игра­
ющий в этдалении . Все эти звуки мы н азы­
ваем музыRой. Но редко встречаются люди,
кото рым приятны визг , скрежет , грохот . В па­
уке музыкальным называется тот звук , в кото­
ром изменение а1>устического давления , вос­
принимаемое ухом , уп орядо чено и, кроме того ,
повторяется регул ярно, че рез равные проме­
жутки времени. Звук перестает быть музыкаль-
- ---- --·
3BYR
ным , и его называют шумом, если звуко вое
давление изменяется в нем беспорядочно .
В каждом музыкальном звуке есть топ и
тембр . Понятие звуRовой тон ввел в аRустику
Галилео Галилей . Тон звука оп ределяется
частотой, с которой изменяется давление в зву­
ковой волне . Небольшая частота колебаний
соответствует низкому тону, бо.ТJьшая частота
колебаний - высоRому тону.
Если бы вибрирующие тел а создав али при
зв учании в 1>аждый момент только один тон , м ы
не смогли бы отличать голос одного челов ека
от голоса другого , а все музыкальные инстру­
менты зв учали бы для нас одинаково. Всякое
вибрирующее тело создает одновр еменно зву.ки
нескольких тонов и при этом различной силы.
Самый низк п й из них назыв ают основным то­
ном; более высокие тона , сопровождающие
основной , - обертонами . В совместном зву­
чании о сновной тон и обертоны создают тембр
звука. :Каждому музыкальн ому инструмен ту,
каждому челов.еческому голосу присущ свой
тембр , своя <ю :краска» зв ука. Один тембр отли­
чается от другого числом и силой обертон ов .
Чем больше их в звучании основного тона , тем
приятнее тембр звука.
Ухо челове:ка способно анализировать звук ,
т. е . разбир аться в сов о:kупности тонов и обер­
тонов , и это позволяет ему отличать один
тембр от другого .
Если высокие обертон ы преобладают в чело­
веческом голосе над низки ми , г оворят, что
в голосе «слышится звучание металла». :Когда
же преобладают низкие обертоны, голос п а зы-
у rармонических колебаний а, 6 11 в различные амплитуды , а их частоты относятся как 1 : ,'J : l>.
•
При одновременном авучании они слаrаются и обраауют сложное периодическое колебание •.
101

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
f1:1�!'-\
1vv'1
о
5
Б
/\
о
2
4
6
8
о
2
4
6
8
о
2
4
6
8
ЧеJ1овеческий roJJoc - это СJJожиое коJ1ебанне , состоящее из
мноrнх простых коJ1ебаний раЗJ1ичноrо тона и rромкости: А -
rJ1асная «а» ; произнесенная мужским roJJocoм , основная час­
тота - 200 коJ1ебаиий в секунду; Б - rJ1асная «И», высокий
roJJoc девочки , основная частота -350 коJ1ебаний в секунду;
R - это тоже «И», тоJ1ько произнесенное низким женским
roJJocoм ; ооновная частота -250 коJ1ебаний в секунду; r -
т ак поетроенв воJ1на «беззву чной » соr.tасной «С», ее часто-
та - окоJ10 6000 коJ1ебаний в секунду.
вают «мягю1м» , «бархатистым)) . При этом нель­
зя упуск ать из виду, что восприятие гш1оса
слухом зависит не только от частоты колебаний
и силы зв ука, не только от тонов и обертонов ,
н о и от чувствительности уха к тонам различ­
ной высоты .
l\l;t'ЗЫRA.JIЬHЫE СОЗВУ ЧИЯ
В музык альных произведениях - симфо­
ниях , I<онцертах, сонатах - одновременно зву­
чит не один тон, а несI<ольI<о, и I<аждый из них
сопров ождается своими обертонами . Такое явле­
ние наз ыв ается созвучием.
:1.02
Самое простое созв учие - одновременное
звучание дв ух тонов . У I<аждого из них своя
частота I<олебаний . Отношение двух таI<их
частот называют интервалом. Если это отноше­
ние равно 1 : 1, интервал будет унисоном . От­
ношение 1 :2 -октава, 2:3- квинта, 3:4-
кварта , 4:5 - большая терция , 5:6 - малая
терция.
Если час тоты дв ух тонов очень мало отли­
чаются друг от друга , их совместное зв учание
создает своеобразное завывание - «биение)) :
совместн ое зв учание периодичесI<и то уси ли­
вается , то ослабляется . Количество усил ений
в одну сеI<унду называют частотой биений.
Если частота биений не больш е четырех в се­
I<унду , они не мешают сл уховому восприятию .
Если же частота достигает трех десятк ов (и осо­
бенно тридцати трех) , звуковое ощущен ие
нестерпимо . Однако при большой часто те
(около 130 в сек унду) влияние биений н а ощущ е­
ние слуха исчезает .
При зв учании струн скрипки , виолончели,
рояля всегда слышны, I<роме основного тона,
верхние обертоны. Предположим, что однов ре­
менно звучат дв е струн ы, их основные частоты-
200 и 400 гц и у I<аждой струны 5 обертонов .
I
1\�'�А'1Jl
ll
"'
10"'"к.
5
1О
15
�··"- ·
fvlf\ .�'
.
vli
"
ш
5
10
15
20
ю··с"
Одна и та же нота - до первой октавы - звучит на разных
музыкаJ1ьных инструментах по-разному. РаЗJ1ичие зависит от
тем бра , который придается ноте инструментом : I - так воJ1на
этой ноты выrJ1ядит, коrда ее воспроизводят на кJ1ариете; 11 -
та же нота , в оспро11зведенная на пианино ; Il I - до первой
октавы на скр11пке.

У первой струн ы:
основной тон
200 гц,
первый обертон
400 гц,
второй обертон
600 гц
третий обертон
800 гц,
четвертый обертон- 1000 гц,
пятый обертон
-
1200 гц.
У втор ой струны:
основной тон
400 гц
первый обертон
800 гц,
второй обертон
1200 гц,
третий обертон
1600 гц,
четв ертый обертон - 2000 . гц,
пятый обертон
-
2400 гц.
Отношение частот у основных тонов равно 1 : 2,
т. е. оитава. При совместном зв учании обеи х
струн три тона у н их совпадают : 400 , 800 и
1200 гц. Чем больше в совместном звучании
один аиовых тонов , тем больше сродств а в со­
зв учии стр ун . В этом случае биений нет совсем.
Таное созв учие назыв ают консонансом.
Если вторую струну заменить третьей , у но­
.торой :
основной тон
первый обертон
второй обертон
третий обертон
четв ертый обертон­
пятый обертон
410 гц,
820 гц,
1230 гц,
164U гц,
2050 гц,
2460 гц,
то совместные звучания первой и третьей струн
будут давать биения : 400 и 410 гц, 800 и 820 гц,
1200 и 1230 гц. Частота биений - 10 , 20 и 30 гц.
Оитав а разрушена, и получился диссонанс,
иоторый наш е ухо воспримет иаи неприятное
з авывание .
Изучение интерв алов , иоторые дают лучшие
ионсонансы, привело к образованию звуко­
вой гам мы; где отношение частот строго опре­
делено. Существ ует много разновидностей гамм,
СУ&КОНТРОКТАВА
ЗВ УК
у большинств а из них отношение частот легко
и зобразить каи восходящий или нисходящий
ряд , иаи арифметичесиую пропорцию. Напри­
мер , мажорная , или диатоническая, гамма
включает тоны, частоты которых относятся как
1.9 .5
•
4.3 .5
.1
5
·в·4·з· 2·з·-в·
Звук , частота которого 65 гц, называют до
большой октавы. Впрочем , в неиоторых странах
частота до другая, но ненамного отличается
от 65 гц. Если мы , например , будем считать ,
что частота до большой октавы 64 гц , т о у до
малой октавы частота будет 128 гц, а у до пер­
вой октавы - 256 гц.
Если принять до первой октавы з а основной
тон , то частоты остальных шести тонов диатони­
чесиой гаммы легио высчитать:
до -256гц,
ре -288гц,
ми-320гц,
фа -341,33 гц,
соль - 384 гц,
ля - 426,66 гц,
си -480гц.
Эти частоты колебаний соответств уют про­
и звольно определенной частоте для до боль­
шой октавы - 64 гц. На практике р ассчиты­
вают тоны диатонической гаммы по частоте
колебаний ля первой октавы. До недавнего
в ремени частоту для Э'!ого ля определяли в
435 гц. Теперь принято считать ля первой
октавы звуиом с частотой 440 гц. Этот звун
можно услыш ать по радио , когда передают
сигн алы для настройии музык альных инстру­
ментов . Впрочем, для музыки важно не точ­
н ое количество колебаний дл я того или и ного
звука, а соотношение частот, т. е. вел ичина
интервала.
.
Пll"rAll
ОКТАВА
/ КОНТРО КТАВА
&OЛ" WAll
О КТАВА
MAЛAll
ОКТАВА
ПEPBAl
l
ОКТАВА
BTOPAll
ОКТАВА
ТPETbll
ОКТАВА
Ч�TBE PTAll f:
ОКТАВА
1/.
l!l!!l!!!l!!l!ttlt!l!!!l!!l!!!l!!l!!!l!!l!!!l!!I!!! t
Клавиатура фортепьяно.
:103

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
ОБОЗН А 'I ЕНИЕ М УЗЫКАJIЬНЫХ
ЗВУКОВ
В гл убоной древности зв ую1 мелодий записы­
вали буквами , в средние веl\а - особыми знач­
нами , невмами, ноторые приблизительно уна­
зывали повышение и понижение тонов . Для
более точного определения высоты тона R нев­
мам стали приписыв ать цветные черточки . Нев­
мами записывали тольно вональные мелодии ,
но эта запись лишь приблизител ьно указыв ала
певцу посл едовател ьность повышений и пони­
жений тона. В XI в. итальянец Гвидо д'Ареццо
изобред более точн ую систему записи звуков
на четырех линейнах . Он же дал названия для
бол ьшинств а современных нот. Тольно в XIV в .
появилась запись нот на пяти линейках - ното­
носцах . Кроме пяти основных линеек , приме­
няют 5 добавочных вверху и 5 внизу. Н оты
записываются на линейнах и .м ежду ними. Что
означают линейки, указывает ключ , ноторый
н а ходится сл ева на основных линейнах. Для
фортепьянной музыки хараRтерны дв а ключа­
скрипичный и басовый . Для записи хоровой
и орRестровой музьши существ уют и другие
ключи :
Do , соль, фа.
М ел одии , записанная соврем .-нн ыми нотами и ненмами.
Основные линейни в нотной записи разбиты
на равные части , таи называемые такты . Онu
определяют дл и тел ьность зв учания . Размерность
музьшального произведения и его тональность
ун а заны рядом с ключом . Нотами обозначают
только основной звуR . Обертоны, определ яю­
щие тембр , онрасн у зв уна, зависят от .м узы­
каJiьного инструмента .
llEP EДA ЧА ЗВ)''RОВ
НА РАССТОЯНИЕ И З ..\ПИСЬ ЗВУКОВ
Читая книгу вслух , .мы восприн имаем не
голос авто ра, а только смысд его речи , воспро­
изводим его мысли . Нотная запись подобна сло­
вам, изображенным бунв ами , вернее, подобна
.1.04
Первый те;rефои Белла: 1 - якорь мектромаrн ита; 2 - з.1ект­
ромаrm1т; 3 - слуховая раков11на (амбушюр) ; .J - заземление;
.:; - г а"11 ьваническ11й элем ент.
фонетичесRой транскрипции , ноторая приме­
няется при изучении иностранных языков .
Уч еные очень давно искали способы запи­
сывать жив ую человеческую речь и не читае­
м ую , а слышимую музык у. Одновременно шли
поисни передачи звуков з а пределы прямой
С.'I ЫШИМОСТИ .
Оптический: телеграф, передающий на та­
кие расстояния запись слов , был изобретен еще
в 1<онце XVI II в. В 1832 г. впервые публично
демонстрировался действ ующий элентрический
телеграф.
К 1855 г. относятся перв ые попытки пере­
дачи изображений по телеграфу. А непосред ­
ственные передача и запись зв уков стали воз­
можными тольRо в посл едней четверти прошло­
го столетия . Первым предл ожил наиболее
простой способ передачи зв уRов с помощью
элентромагнитной индукции американс1шй фи­
з ик А. БелJI . Его изобретение - телефон -
было зарегистриров ано в 1876 г.
Намотав изолированную проволону на же­
лезный сердечюш и поднеся к такой 1<атушке
намерто н , Белл обнаружил , что в проволоке
возюшает переменный тон . Это происходит
потому, что нолеблющаяся ножна намертона
изменяет магнитное поле сердечнина . Б елл
соед инил нонцы обмотон у дв ух таних натушен
и установил на обоих сердечниRах по намер­
тону. Когда один из намертонов возбуждал
в своей натушне тон , намагничивал ся сердечник
и в другой Rатушне. Изменения то1\а во втором
сердечнике заставляли звучать н второй 1.; амер­
тон. Но вначале прибор Бе:ша воспроизвод ил
зв уки очень неясно . Они былн похожи на жуж­
жание. Для у:1 учшения звука Белл воспо.'1 ьзо­
вался отнрытием немецкого физика Х.'1 адни,
изучавшего :колебания пластин .
Повторяя опыты Хладни, Бе,'1л заметил ,
что пластина отзывается и на человеческий
голос. Тогда он поместил в своем приборе у сер­
дечнинов не :к амертоны , а пластины . Одна из

них :колебалась от воздействия голоса . Ее :коле­
бания превращались в и 11
1
пульсы электричесно­
го тона и воспроизводились второй пластиной .
Но 1111
1
пульсы можно было передавать по про­
воду на большое расстояние. И з обретенное Бед­
лом устр ойств о действ овало на сравнительно
небольшом расстоянии и сильно иск ажало го­
л ос. В телефоне Белла для передачи звука
испол ьзовалась энергия самого человеческого
голоса. А она, :как 11
1
ы знаем , чрез вычайно
м ала , и только с ее помощью передать звуки на
очень большое р а сстояние было нельзя - неиз­
бежны были бы з начител ьные потери энергии.
Эти недостатки устранил микрофон, изо­
бретенный Юзом . Его микрофон представля.1
1
собой угольный стерженек , заостренные .концы
.которого помещались внутри угольных же
ча шечек . Эву.новые волны изменяли плотность
контакта между .концами стержень.на и чашеч­
ками . В цепь телефона и ми.нрофона Юза была
включена батарея , мощность .которой мог.1
1
а
быть как угодно велика. l\олебания челове­
ческого голоса то увеличива.1
1
и, то уменьша.1
1
и
сопротивление угольного стержень.н а , причем
точно в та.кт со зв уковыми колебаниями . Через
катушк у телефона , таюие в такт с .нолебания11
1
и
го л оса , проходил ток батареи , вызывал .коле­
бания мембраны , ноторая уже преобразовыв ала
ихв.но.1
1
ебания воздуха, т. е. в з ву.н. Ми.нрофон
Юза был .на.к бы .нрано11
1
в эле.нтричес.ной цепи
батарея - телефон ; он позволял проходить тону
Хладниевы ф11гуры.
ЗВУК
Первые усовершенствования телефона: А - тел ефонная труб­
ка Белла: 1 - слухова я раковина (а мбушюр) , 2 - мембрана,
."J - постоянный магнит, 4 - проводник, ;; - зажим, tJ -
линейный провод; Б - микрофон Юза: а - тел ефонная труб ­
ка Белла, 6 - угольный стержень, в - )'Г ольные колодочки "
• - батарея.
через телефон в такт с .колебаниями з вука
перед ми.нрофон ом, т. е. был управляющим
э.т�:ементом схемы, подобно современным радио­
.т�:ампам. В этом принципиа.т�:ьное р а зличие
микрофонов Юза и Белла.
П очти та.ним же осталось и д о сих пор уст­
ройство внутригородск ого телефона. В между­
городней телефонной сети необходимо исполь­
зовать усилители .
Телефон перед авал звун на расстоян ие, но
толц.но по проводам , по .которым шел эле.нтри­
чес.ний то.к. Гигантским шагом вперед было
изобретение передачи зву.нов с помощью элект­
ромагнитных радиоволн . Первым использовал
эти волны для связи русский физин А. С . По­
пов . Передача с помощью
:
: щ ектромагнитных
волн осуществляется на любые расстояния - 11
1
ы
сrышим го.1
1
ос наших космонавтов и наверняка
услышим голоса людей , высадившихся на дру­
гих планетах .
Сущность передачи з вука с помощью радио­
волн з аключается в том , что зву.новые .колеба­
ния преобразуются микрофоном в колебания
электричесного тока. Этими .колебаниями (их
называют .колебаниями низкой частоты) управ­
ляет излучение радиоволн с передатчиками (.как
говорят , модулируют ими радиоволны) . Моду­
лированные з вук овой частотой радиоволны при­
нимаются радиоприемни.н ом, где они усили-
105

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Сов!М'менная конетрукц11я телефонной трубки: 1 - постоян­
ные кольцеобразные магниты; 2 - прокладка; :i - слуховая
раковина; ./, - пол юсн ые надставк11; 5 - мембрана; 6 - об-
мотка ; 7 - корпус микротслефона.
Фонограф Эд11с1tна .
Схема первой радиопередачи ; предложенная А. С . Поповым:
А - передатчик: 1 - ключ, 2 - батарея , :J - источник вы­
сокого переменного напряжения , 4 - передающая антенна;
J; - прнемю1к: 5 - приемная антенна , 6 - когерер, 7 -
электрический магнит, s - зл емент, 11 - батарея , 10 - те .1 с-
графный аппарат.
:108
ваются , из них «отсеив аются» зву1\овые Rоле­
бания , затем они снов а усилив аются и преобра­
зуются в слышимые нами звуRовые Rолебания
(см. ст . «Радио»).
Почти одновременно с изобретением радио­
связи были найдены способы , RaR записывать
и хранить подлинные звуRи. Помните , в старой
н емецкой сказRе барон Мюнхгаузен , путешест­
вуя по России, подобрал на дороге замерзшую
дудочк у, а в теплой избе из нее полились от­
таявшие звуки. Такая сказочная мечта сбылась
в начале нашего века . Впервые ее осуществ ил
Эдисон . Спр аведл ивости ради следует отме­
тить , что изобретение это могло быть сделано
за сотню лет до Эдисона - развитие физики уже
тогда было для этого достаточным . Но чтобы
откр ыть не з амеченное когда-то , понадобился
гений Эдисона .
Эдисон воспользовался свойств ом тонкой
металлической пластинки воспринимать Rоле­
бания оRружающей среды. На таRой пластинке
Эдисон укрепил игл у из сапфира . Она едв а
касалась цилиндр а, покрытого оловянным ли­
стом. При вращении цилиндр а игла слеп<а
царапала его поверхность , а сам цилиндр сме­
щался вдоль своей оси. Таким образом, игла
процарапыв а .1
1
а на цилиндре спираль. Пластин­
ка под действ ием звуковой волны кодебалась
и с различной силой прижимала иглу к цилин­
дру. Так :=�вуки записывались на цилиндр . Что­
бы воспроизвести их снов а, достаточно бьшо
п оместить иглу в начале спир али и с той же
скоростью вращать цилиндр . Игла, ско.11ьзя по
борозде , заставляла пластию\у воспроизво­
дить звуковые кол ебания .
При дальнейшем усов ершенствовании фоно­
графа олово на поверхности цилиндра заменил и
воском. Затем цилиндр заменили плос1\ОЙ вос­
ковой пл астинкой, на которую борозда также
наносилась по спирал и, н о колебания иглы
шли не в глубину борозды , а по ее ширине. Этот
прибор был наз ван граммофоном . У него бьшо
огромное преимущество перед фонографом:
стало возможным Rопировать запись звуков с
восковых пластинок на пл астмассовые.
В наш е время звук з аписыв ается на ди сках
из мягкого , воскообразного веществ а. С этого
дисl\а методом гальванопластИI\И с нимается
металлическая копия , и уже на копии штампу­
ются пластмассовые пл астинки . Так можно
получить мн ого экземпляров одной и той же зв у­
козаписи .
Записыв ать зв ук можно и с помощью св ета .
Для Этого использовано несl\олько различных
природных явлений .

ЗВУК
прозрачность полосы на пленке раз­
лична, то и проходящий через нее
свет становится то ярче , то тусклее.
Мигающий свет превращают в ток
с помощью фотоэлемента. Сущност ь
фотоэффекта , используемого в фо­
тоэл ементе , состоит в том, что свет
способен в ы бив ать из некоторы х ме­
таллов электроны . При этом, если
осветить пластинк у, например , из
цезия , она заряжается положитель­
но , а в пространств е над нею появ­
ляются свободные переносчики элек­
трического тока - электроны.
Схема механической записи звука: 1 - мембрана; 2 - рсзе11; :1 -
знуконая дорожка; 4 - диск; :; - р упор.
На основе этого явления создан
прибор - фотоэлемент . Первые фото­
элементы были похожи на электро­
скоп. В стеклянном сосуде укреплены
В зависимости от силы света , падающего
на эмульсию фотопленки, на ней после проявле­
ния пол учаются то совсем непрозрачные, то лишь
затемненн ые и даже совершенно прозрачные
места . На это и обратили внимание физики,
когда искали способ записыв ать звук св етом.
Звуковые колебания надо было превратить в ко­
лебания электрического тока, питающего , с:ка­
жем, электролампочн у. Микрофон включили
в цепь лампочки и ее мигающим светом стали
осв ещать движущую ся в приборе фотопленку.
Посл е проявJiе ния негатива на пленке оказа­
лась светлая полоса с неравномерной прозрач­
ностью . Где света попало больше, полоса была
темнее, где меньше - светлее. На позитивной
пл енке изображение света и тени оказалось на
черной полосе - на так называемой звуковой
до рожке. Это и была «фотография» зв ук а .
Чтобы «фотография» зазв учал а, через дви­
жущуюся пленку пропускают пучок света от
лампочки с постоянной яркостью . Так как
Схема воспроизведения звука с кинопленки. Спр ав а - звуко­
вая дорожка.
дв е металлические пл астинки: одна
соединена с отрицательным полюсом электрич е­
ской батареи, другая - с положительным . Под
действием св ета из отрицательно заряженной
пластинки вырываются электроны, которые притя­
гиваются др угой пластинкой . Гальв анометром
можно установить , что величина тока в цепи
изменяется в з ависи мости от интенсивности
света , падающего на отрицательно заряжен­
ную пластинку. Узкий пучо к света проходит
через звуковую дорожку на фотоэлемент . Вы­
зв анный им электрический ток идет по обмотке
электромагнита . И тот с различной силой (в за­
висимости от я ркости упавшего на элемент
св ета) притя гивает мемррану и заставляет ее
воспроизв одить звуковые колебания .
Запись звука светом применяется в кино .
Звуковая дорожка находится на краю кино­
ленты: свет , про ходящий через нее, направляет­
ся не на экран , а на фотоэлемент .
Вместо фотоэлемента, описанного выше,
можно поставить фотосопротивление . В зависи­
мости от силы св ета (осв ещенности) оно может
изменять свое эле1•трическое сопротивление
и пропускать через себя то больший, то меньший
ток .
Сравнительно недавно уд алось получить
магнитную запись звука . Для этого использо­
ва;1и электромагнитн ую индукцию . На тонкой
алюминиев ой мембране укреплена между полю­
сами постоянного магнита легкая проволочная
:катушка . Мембрана , сов ершая зв уковые коле­
бания , приво дит катушку в движение и возбуж­
дает в ней индукционный ток . Этот ток подается
н а обмотку электромагнита ; п·еред ним протяги­
вается железная проволока или пластмассовая
107

ДВ ИЖЕ НИЕ И ЭНЕРГИЯ
Запись звука на м а гнитной .,енте .
лента , в состав которой входит тончайший поро­
шок желе з а или другого ферромагнетика. Про­
волока или лента намагничив ается тем сильнее,
чем больший ток возбужден в катушке зву1юм.
Чтобы воспроиз вести по такой записи зв ук ,
надо протянуть ленту с той же скоростью вбли­
зи электромагнита . Пр.оизойдет обратный про­
цесс . В обмотк е возникает ток , и з меняющий
свою величину в з ависимости от намагничен­
ности ленты . После усиления этот ток пропу­
скают через обмотку другого электромагнита ,
который з аставляет мембрану совершать .коле­
бания, и зв ук воспроизводится .
У магнитной записи немало преимуществ
перед св етовой. Когда звук з аписан светом,
фотопленку надо проявить и отпечатать . Снять
запись с фотопленки уже нельз я. Магнитную
з апись можно тотчас же прослуш ать , а затем
стереть ее с пленки. Для этого достаточно про­
тянуть пленку около магнита , по которому течет
быстропеременный ток . Плен.ка многократно
перемагнитится , следы з аписанного звука исчез­
нут , и пленка пригодна для новой записи .
Чтобы записыв ать и воспроизводить звук ,
создан удобный прибор - магнитофон и спе­
циальная пластмассовая пленка, содержаща я
мелкозернистый ферромагнитный порошок . Маг­
нитная з апись широко применяется в радио­
передачах . Многое из того , что передается п о
радио , удобнее предв арительно записать н а
магнитофонную пленк у, а з атем уже воспроиз­
вести перед микрофоном для передачи в эфир .
НЕСЛЫШИltlЫЕ (< 3ВУRИ>»
Колебания с частотой менее 1о гц не вос­
принимаются нашим слухом - это инфразвук .
Не слышны та кже колебания с частотой более
20 ООО гц - это ультразвук . Когда были соз­
даны высокочувств ительные приемники звуков
.:108
для самых различных частот, обнаружилось ,
что инфра- и ул ьтразвуки распространены в
природе так же широко, как и звуки слыши­
мые. Выяснилось, что их излучают н восприни­
мают живые существ а на суше, в воздухе и в
воде и используют их для своих (< Переговоров» .
Собаки, например , воспринимают ультр азв уки
с частотой до 40 кг ц . Этим пользуются дрес­
сировщи ки, чтобы подав ать собаке команду,
неслышимую людьми . Установленные в море
приемники ул ьтразв ука обнаруживают его прн
появлении (<Пл ав ающих остр овов>> планктона .
Оказалось , что крохотные веслоногие рачю1
в этом планктоне создают ул ьтразвуковые вол­
ны, потирая лапку о лапку. В море были обна­
ружены и слышимые зв уки : их издают некото­
рые рыбы (см. в т. 4 ст. (<Зву:ни моря»). Издает
з вуки и само море. Их называют (< голосом моря» .
Частота таких зв уков меньш е 16 гц. Порыви­
стый ветер где-то далеко зарождает шторм, при­
водит в движение поверхность воды . Сжатие
и р а зрежение морской волны передаются в про­
странство над водой и порождают инфразвуко­
вые волны.
Инфразвуковое излучение ощущают различ­
ные жители моря : медузы, ракообразные суще­
ства, морские бл охи и гоморусы. Прибрежные
животные, услыш ав (< голос моря» ,
прячутся
в морской глубине или в водороСJlЯХ . Еще рань­
ше узнают . о приближении шторма морские
животные, находящиеся вдали от берега , по­
тому что звук вообще распространяется в воде
в 5 р а з быстрее, чем в воздухе,- со скоростью
1460 м/сек .
Инфразвук мы не слыш им, но можем его
ощущать . Иногда в троллейбусе компрессор
воздушного тормоза начинает работать ненор­
мально , и пассажиры, хотя и не слыш ат зв ук ,
ощущают бол ь в ушах. Компрессор издает инфра­
звук . Обычно и нфразвук содержит обертоны ,
:которые мы можем слышать . Например , в гро­
хоте грома основная масса звуковой энергии
сосредоточена в инфразвуковой обл асти , мы
же слышим в громе только обертоны , более
высокие, чем инфразв ук .
Инфразв ук по сравнению со с.1ыш нмыми
зв уками мало погл ощается воздухом; потому
и нфразвуковая волна распространяется н а
очень далекие рассто яния . Приборами улав­
ливаются инфразвуковые волны на больш ом
расстоянии от его источника . Интересно , что
на своем пути и нфразв ук очища ется от св оих
обертон ов , так ка:к воздух поглощает их .
Инфразв ук имеет больш ое з начение в воен­
ном деле. Улавливая его приборами , весьма

точно определ яют место , отк уда действ ует даль­
нобойная артиллерия .
В воде инфразвук поглощается также зна­
чител ьно слабее слышимых звуков и потому
может быть ул овлен за много сотен километров .
Это помогает рыболовецким судам быстро на­
ходить стаи рыб, издающих инфразвук.
На очень больш ой морской глубине, куда
не проникает свет, жив ут рыбы, у которых нет
зрения . Но они возмещают его способностью
издав ать ультразвуковые волны и восприни­
мать эхо от этих волн . Это позволяет им не
тол ы\о ориентироваться при движении , но и
охотиться на других рыб.
Ультр азвуком поJ1ьзуется и летучая мышь.
Наблюдая ее стремительный полет , невольно
ожидаешь, что она вот- вот налетит на ство.'1
дерева или стену здания. Но каждый раз, встре­
чая на пути препятствие, о на стремител ьно
в змыв ает вверх или круто поворачивает в сто­
рону. Исслед ов ания естеств оиспытателей до­
казали, что зрею1е у летучей мыши весьма сла­
бое. Она почтif слепа . Но умение пользов аться
ул ьтр азвуком и его отражением от предметов
помо гает ей ор иентиров аться в сложной обста­
н овке и на лету ловить добычу - мелких мо­
шек .
Н3ЛУЧАТЕ.!JИ у.JIЬTPАав;,·кА
Чтобы излучатель мог создав ать упругие
волны ул ьтр азвука, частота его колебаний дол­
жна прев ышать 20 ООО гц. Такие излучател и
отк рыты уже давно , но применяться стали сов­
сем недавно . В 1880 г. французские ученые бра­
тья Пьер и Поль Кюри исследовали свойств а
кристаллов. Они заметили, что , если кристалд
кварца сжать с дв ух сторон, на его гранях ,
+!
!1
+
+!
i11
+
�•i1".
+
+:
;11
+
+!i11
+
+
+
Получен и е кварцевой п.1астинки 11 образован11е на ней пьезо­
электричества . Основная часть кварцевоrо кристалла - шеоти ­
rра11ная призма, стре.11.:ам11 показаны основные се кр11сталло-
rрафичсские оси.
ЗВУК
перпендикулярных направлению сжатия , воз­
никают электрические заряды: на одной гра­
ни - положител ьные , на другой - отрицатель­
ные . Таким же свойств ом обладают кристаллы
турмалина , сегнетовой соли , даже сахара. З аря­
ды на гранях кристалла возникают и при его
растяжении . Но на грани, дававшей при сжа­
тии положительный заряд , при растяжении
будет отрицател ьный, и наоборот.
Т акое возникновение электрических заря­
дов на кристаллах было названо пьезоэлектри­
чест вом (от греческого слов а «пьезо» - давлю) .
Кристалл , имеющий такое свойств о, называют
пьезоэлектриком. В дальнейш ем братья Кюри
обнаружили, что пьезоэлектрический эффект
обратим : если на гранях кристалла со здать
разноименные электрические заряды, он либо
сожмется, либо растянется, в зависимости от
того , к какой грани приложен положител ьный
и к какой отрицательный заряд .
Пьезоэлектричеств о впервые было практи­
чески применено лиш ь в мировой войне 1914-
1918 гг. Французский ученый Поль Ланжевен
предложил использовать это явление, чтобы
обнаружив ать подводные лодки . Винт лодки
порождает при своем вращении упругие волны.
Они распространяются в воде со скоростью
1460 .м/сек . Если пьезоэлектрический кристалл ,
опущенн ый в воду, окажется на пути ул ьтра­
звуковой волны, то волна сожмет его грани
и на них появятся электрические ааряды .
Ланжевен изобрел и излучатель ул ьтра­
звуковых волн . Пробуя заряжать грани квар­
цевого кристалла элект.ричеств ом от генера­
тора переменного тока высокой частоты , он
установил , что кристалл совершает при этом
нолебания в такт изменению напряжения тока .
Однl!. пл астинка кристалла излучает ул ьтра­
звук очень малой мощности . Чтобы получить
больш ую мощность колебаний, Ланжевен со­
ставил из мно гих кварцевых пластинок мозаич­
н ый слой. Кварцев ую мозаику он вложил
меж ду дв умя стальными листами . Они и скреп­
ляш1 ее, и были электродами .
Чтобы увеличить амплитуду колебаний у
пластинок кристалла, Ланжевен воспользо­
вался явдением резонанса : если собств енная
частота колебаниi:i пластинки совпадает с ча­
стотой колебаний напряжения на электродах,
амплитуд а колебаний на пластинке резко воз­
растает . Исследования Ланжев ена дали воз­
можность изготовлять кварцевые излучатели ул ь­
тразвука различных частот .
Пьезоэлектрическими свойств ами обладают
не только кристаллы, но и керамика из титаната
:109

ДВ ИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Маrнитострикционные иЗJ
J
учатели.
бария . У херамических излучателей много
преимуществ перед кварцевыми . Им можно
придавать любые размеры и любую форму.
Ультраз вух можно получать и др угим спо­
собом. Еще в 1847 г. физик Джоуль, изучая
магнитные свойств а металлов , обнаружил , что
железн ые и никелевые стержни изменяют сйои
размеры при перемагничивании электрическим
током . Ногда направление тох а в обмотке изме­
няется , стержень то ·уменьшается , то увели­
чивается в такт изменениям в направлении тока.
В окружающей среде при этом возбуждаются
упругие волны, частота хоторых определяется
к олебаниями стержня . Это явление было на­
звано магнитострикцией (от латинского слова
«стриктус)> - сжатие) .
З ВУК НА СJIУЖБЕ У ЧEJIOBERA
Физические явления изучаются не только
для того , чтобы понять их сущность , н о и для
того , чтобы научиться ими упра влять , чтобы с
их помощью бороться со стихиями природы .
Так действ овал человек всегда со времен воз­
никнов ения челов еческого обществ а.
Одно из первых явлений природы, которое
человек наблюдал , которое стремился понять ,­
это эхо . Очевидно, еще в раннем, каменном
веке человек научился пользоваться этим явле­
нием для ориентировки в горной местности .
Отражение звука от препятствий во многом
похоже на полет мяча, брошенного на землю
или на стену. Угол его падения равен углу
отражения . В горном ущел ье мы слышим много­
кратное эхо . Это значит, что к нам приходят
звуки, отраженные от нескольк их скал . Если
в горах крикнуть и отметить время до прихода
эха , то легко определить расстояние до места ,
от которого зв ук был отражен . Для этого до­
статочно умножить скорость зв ука на засечен­
ное время и это произведение разделить на дв а,
так как за это время звук прошел «туда» и
«обратно)> .
110
В 1887- 1 889 гг. зв ук впервые был применен
для определения глубины моря. Источником
звука был колокол, зв учавший под водой.
Результаты опытов не были утешительными :
звук , отражаясь от дна , давал очень слабое эхо,
еле слышное в общем шуме моря.
Нолокол использовали дл я предупреждения
кораблей во время тумана. Он звонил под
водой в центре опасной при тумане бухты.
Норабли, направляющиеся в гавань , опускали
по бортам слуховые трубы , похожие на уши .
Но звучание колокола оказалось и дл я этого
слишком слабым .
Значительно сильнее звук дает сирена -
вращающийся диск с отверстиями , через ко­
торые продувают струю воздуха . Нолокол за­
менили сиреной.
И измерению глубины моря с помощью эха
вернулись несколько лет спустя. В 1912 г .
был сконструирован специальный прибор -
эхолот . У одного из бортов корабля взрыв али
в воде пороховой патрон, зв ук взрыва после
его отражения от дна принимался на др угом
борту. Эхолотом можно было измерять гл убины
до 150 м. Эхолотом был заменен менее соверш ен­
ный прибор - лот (канат с грузом на конце и
метками длины) .
Вс коре произошло событие, расширившее при­
менение эхолота. В Атл антическом океане в силь­
ный туман корабль-ги гант «Титанию> столкнулся
на полном ходу с огромным айсбергом . Норабль
очень быстро затонул. С тех пор для обнаружения
препятствий на пути кораблей стали пользоваться
э холотом. Его повернули из вертикального поло­
жения в горизонтальное. Зрение лоцмана, когда
не видно ни зги, стали заменять эхолотом .
В наше время эхолот усовершенствован и назы­
вается уже гидролокатором. Он действует по
Принцип работы сирены.

о------- - -- - - ---
ю------- -- ------
HOCJl
l
K Pb15bl
20----;
;
;;.;;;�м-- ���1�;;
;
�
HOF'A&/lb �
tl�1, 'J"; 1, '"•' 1
::�\/�
�
Pl!Лlol!• ДНА
5 0 ------ ---------
Запись рельефа дна с помо щью ул ьтразвукового эхоло та.
тому же принципу ультразвуковыми волнами :
ультразвуковой луч, посланный излучателем, от­
ражается от препятствия, возвращается обратно
и улавливается звукоприемн иком . Посылая звук ,
регистрируют время. Зная, с какой скоростью
распространяется ультразвук в воде, можно опре­
делить расстояние до препятствия и даже его
форму . С помощью гидр олокатор а было най­
дено много затонувших кораблей. Усовершен­
ств ов анный гидр олокатор излучает ультразвук
не непрерывно, а через определенные проме­
жутки времени . Эхо улавливается несколькими
при емниками , отстоящими друг от друга на
некотором расстоянии . Все это позволяет
более точно определить место препятствия пе­
ред кораблем или очертания морского дна .
Широко применяется ультразвук в метал­
лургии . Он хорошо распр остраняется в метал­
лах , и ультразвуковое эхо используется для
опр еделения качества металлических и зделий.
Есл и в таком изделии есть инор одные вкрап­
л ения (раковины), ул ьтр азвуковой луч отр а­
жается от них , как от препятствия . Сконструи­
рован специальный прибор - ультразвуковой
дефектоскоп . Но этот прибор позволяет обна­
ружит ь лишь наличие дефекта и расстояние
до него от повер хности и зделия . Форму и раз­
меры дефекта можно увидеть с помощью ульт­
развукового микроскопа . В таком пр иборе
ультразвуковой луч «ощупывает» дефект в ме­
т алле и дает его изображение на экране элек­
тронно-лучевой трубки , похожей на трубку
в телевизоре .
Оба эти прибора р аботают на волнах очень
вы сокой частоты . Зная примерно размеры де­
феl\та, который должен быть обнаружен в ме­
таллическом изделии , легко рассчитать частоту
волны , мо гущей его определить. Если приме-
ЗВУК
нить ультразвук с самой малой частотой -
20 кгц, то длина его волны в металле (при ско­
рости звука 5000 м /сек) будет :
'
5000
л = 20000
=0,25 м.
Это значит , что волною такой частоты можн о
измерить дефект, размеры которого не меньше
0,25 �t . Звуковые и ультразвуковые волны , так
же как и все прочие волны в природе, не от­
ражаются от препятствий с размерами мень­
шими , чем длина волны . Они и х просто оги­
бают. Это явление называется дифракцией .
ВЕЩЕСТВО В ЗВУ КОВОМ 11 0.JIE
Звуковая или ультразвуковая волна , рас­
пространяясь в веществе , вызывает колебания
его частиц. Амплитуда колебаний зависит от
силы звука - чем больше сила звука, тем
больше амплитуда смещения частиц . Частицы
веществ , подвергнутых действию звукового по­
ля большой силы , интенсивно колеблются.
Если подвергнуть действию мощного ультра­
звука две несмешив ающиеся жидкости , напри­
мер масло и воду , то на границе взаимного
соприкосновения они начинают интенсивно пере­
мешиваться , как бы проникая друг в друга.
При этом обра зуется эмул ьсия , состоящая из
мельчайших капелек масла, распределенных
в воде . Так получают, например , различные
лекарства , а в пищев ой промышленности -
маргарин, майонез , различные соусы и т. п .
Используется ультр азвук и при изготовле­
нии светочувствительных эмульсий для ф ото­
плец к и и фотобумаги . Он раздробляет зерна
бромистого серебра и перемешивает их в ка­
ком-либо коллоиде , например в желатине.
Чем мельче получаются зерна, тем большее
увеличение допускает фотоснимок .
В других случаях ультразвук используют
не для раздр обления, а чтобы заставить слип­
нуться мельчайшие частицы,
засоряющие
жидкость или газ . Это возможно в том случае,
если слипшиеся частицы не разрушаются в
том же звуковом поле. Если воздух , в кото­
ром много пыли - твердых частиц , взвешен­
ных в воздухе (сажи , цемента, золы и т. п.), ­
подвергнут ь мощному воздействию ультр азвука
(с интенсивностью 0,2-0,5 вт /см 2), мельчай­
шие ,твердые частички слипаются друг с другом
так прочно , что тот же ультразвук не может
преодолеть силы их молекулярного взаимо­
действия . Образуются крупные частицы , кото-
11J.

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
рые уже легко улавливаются фильтрами или
просто оседают под действием силы тяжести .
Если сфокусированный вогнутым излуча­
телем пучок ультразвуковых волн с частотой
от 0,8 до 2 Мгц направить из жидкости вверх,
произойдет интересное явление. Мы уже знаем ,
звуковые волны не могут перейти из более
плотной среды (воды) в менее плотную (воз­
дух) - они полностью отразятся от поверх­
ности раздела. При отр а жении повер х ность
воды будет испытывать давление . Стена, на­
пример , тоже , отражая мяч , испытывает дав­
ление . Возникает так называемое давление
звуко воrо излучения (не смешивать со звуко­
вым давлением) . Оно в с о тни и тысячи раз мень­
ше звукового давления , и природа его совер­
шенно другая . Звуковое давление изменяется
в каждой точке и распростр аняется радиально ;
давление ::�вукового излучения всегда действует
в одну сторону , и величина его неизменна,
если не меняется сила звука. Давление излу­
чения звука образует на повер хности жидкости
своеобразный холм или горб высотой до 50 см
(при помощи ультр азвука интенсивностью
в 50 вт /см 2 }. При этом некоторые жидкости
интенсивно распыляются , образуя плотное об­
лако тумана. Жидкость будто кипит . Сущность
этог о явления очень сложна и связана с обра­
зов анием капиллярных волн на повер хности
жидкости; они подобны морским волнам , т оль­
ко размеры их в миллионы раз меньше - д оли
микрона . Из гребней этих волн и образуются
мел ьчайшие частички «ультразвукового тумана».
RАВllТАЦИЯ
Применение ультразвука значител ьно рас­
ширилось после того, как было открыто явле­
ние кавитации. Уже давно было замечено ,
что гребные винты морских судов быстро изна­
шиваются при увеличении числ а оборотов .
П овер хность хорошо отполированного , не под­
дающегося ржавлению винта покрывалась мел­
кими щербинками . Гидродинамические свой­
ства винта, т. е. способность его пр ив одит ь
судно в движение , резко ухудшались. Так
же разрушались и лопасти гидротурбин . При­
чину этого явления уда.11ось установить лишь
после того, как обнаружили, что так же раз­
рушается повер хност ь электродов , нанесен­
ных на кварцевый пьезоэлект рик , если он
излучает мощные ультразвуковые колебания .
При работе гребного вала и лопастей гид­
ротурбины создаются в жидкости мощные упру­
гие колебания ул ьтр азвуковой частоты . В мо­
мент разрежения волны образуются в жидкости
разрывы, з аполненные растворенным в воде
газом , - кавитационные пузырьки. Легче всего
они возникают там, где ест ь частицы воздуха
или каких-то примесей . В слое сжатия очень
большое давление , оно вызыв ает кавитацию:
разрывы в жидкости исчезают и происходит
rидравлический удар . Эти гидр авлические уда­
ры и разрушают металлическую повер хност ь
винта или лопастей. Удар одного кавитацион­
ного пузырька слаб , но на поверхность металла
обрушиваются тысячи таких ударов .
Удар и аи во.11 на сверхзв�'кового са11 0 .1
1
ета в пастушеский кн�·т.
112
Полет ы сверхзвуко вых самолетов
над населенными пунктами строго
запрещены. Обычный самолет звуко­
вые волны обгоняют и, расп ростра­
няясь по всем направлениям , посте­
пенно безобидно зат ухают. Само­
лет , летящий со скорост ью более
1200 н.></час, сам обгоняет свои еобет·
венн ые звуки. Рокот работающих мо­
торов, свист и грохот рассекаемого
крыльями воздуха, вее звуковые волны
сливаются в одну мощную уд арную
волну, в верш11не которой быстрее зву­
ка летит самолет.
Дости гая земной
поверхноетп ;
уд арная волна приносит много бед :
из окон вылетают стекла, рушатся
стены , от стрnшиых уд аров, сильнее
грома, можно на всегда оглохнут ь .
Поэтому 11епытания сверхзвуковых
самолетов проводят в пустынной мест­
ности, где уд арные волны не могут
причииить вреда.
Но мало ко му 11звеетно, что гроз·
ные уд арные звуковые волны давно
уже несут скромную, мирную 11 полез·
н�·ю сл ужбу - они помогают стеречь
колхозны е стада. Хороший кнут пас­
туха устроен очень разумно и целеео·
образно. Многовековой опыт народа
воплотил в нем сложный ком ш1екс
законов механ11ки. Секрет хорошего
кнута в том , что он постепенно к
концу становится вее тон ьше 11 тонь­
ше и заверш ается раетрепом - легкой
кисточкой .
. Умедый сильный взмах кнутов11-
щем, 11 вдо.1ь по веревке кнута побе­
жит короткая во.1иа - 11згиб. К11не­
т 11чеекая анергия будет сохраняться
иензменной по всей длине пробега .
Но к концу кнут тоиьше, масса мень­
ше, знерг11я волны постояинn , е.1едо·
вательно , скорость будет очень быстро
и очень сильно возрастать, достигая
сверхзвуко вых значений, Возникает
мощная уд арная звуковая волна -
резкий и оглуш ительн ый, как выетре.1,
удар кнута. Ударную звуковую во.1ну
нередко можно услыша т ь и в цирке.
Укротитель с ее -помощью пр11вод11т к
послушанию даже львов.

д•аграмма МЫШJ1
11
1
ОСТВ авуков. Сnрава - полный спектр авуков,
которые может слышать qеповек. Вниау в четырех диаграммах 8ТОТ
спектр раадепев ва отдельные обпасти: 1 - обпасть речи, 2 - обl
l
асть
музы ки ,
3-обl
l
асть мыmвмых шумов, 4 - обl
l
асть шумов, причи­
няющих органу <'Jlyx& боJ
J
ь, и авуков немышимых. Стрелками пока-
80
60
40
100
80
60
40
20
140
120
100
80
60
40
20
о
60
40
20
о
-20
ааяы в диаграммах места определенных �1вуков.
100
1000
10000
t
100
1000
10000
�
100
1000
10000
ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ В 0,1 СЕК.
20
100
1000
10000
140s
1-
120 :s
:i:
100 1О)(
s<
80
Uc:;
:i:w
WLD
601-s
�ffi'
10�ot
20 w1О
1О
о�
>
-20

N
"
s
:r:
:r:
UJ
�
ID
о
о
с:;
с:
UJ
1-
�
"
s
:r:
:r:
UJ
�
ID
о
о
2UJ
1-
1 СЖАТЫЙ ГЕЛИЙ
� ИЗ КОМПРЕССОРА
СБОРНИК
ЖИДКОГО ГЕЛИЯ (4,2"К)
СЛИ В ЖИДКОГО ГЕЛИЯ
12·к
Тоблuца н cmamъcit "Па nодсmупа.ж
н а6солюmн.ому нулю"
Устройство аппарата для ожижеви я
гелия. Внt"'!/ дюар - сосуд для хра·
иеияя жидкоt'О гелия.
ЗАЛИВКА
ГЕЛИЯ
1 ЗАЛИВКА
�АЗОТА
..
'
WTVЦIP
ДЛR 8ААКУММР08КМ
06ЪЁМ
Alt" re:nм"

Кавитация, возникающая при работе гребно­
го винта, конечно, вредное явление. Но ее можно
сде,1
1
ать и полезной. Кавитацию создают искус­
ственно, например пьезоэлектриками. И тогда
удастся использовать ее при обработке твердых
хрупких материалов - стекла, фарфора, дра­
гоценных камней, сверхтвердых сплавов. С се
помощью можно чистить очень загрязненные
или заржавленные металлические дета.'Iи. Очи­
стка происходит мгновенно. Тысячи разры­
вающихся в 11;идкостп кавитационных пузырь­
ков снимают с металла и ржавчину и грязь.
Если бетон при укладке не был достаточно
уплотнен, в нем образуются воздушные поло­
сти. А такая полость, например, в бетонном теле
плотины очень опасна. Качество некоторых бе­
тонных сооружений тщательно проверяется
ультразвуковым дефектоскопом. Он своевре­
менно обнаружит и размеры, и глубину зале­
гания воздушных полостей.
На крупном строительстве, например при
постройке гидроэлектростанции, укладывают
сотни тысяч кубометров бетона. Его качество
непрерывно контролируется. И в этом ультра­
звук незаменим. Бетон приобретает прочность
не сразу. При укладке он жидкий, затем «со­
зревает» - твердеет - и превращается в проч­
ныii массив. На разных стадиях созревания
бетона у.'Iьтразвук проходит через него с раз­
личной скоростью. Специальным аппаратом
мотно измерить эту скорость и таким образом
с.тrе;:щть за качеством бетона в процессе строи­
те,1ьства.
Важную роль играет ультразвук в произ­
водстве цемента, асбеста и строительных мате­
риалов. Качество этих материалов зависит
от размера их зерен. Обычно на цементных
заводах применяют механический размол. Но
если дробить цемент или асбест ультразвуком
с частотой 450 кгц, размер частиц уменьшается
до 12 мк. Такой тонкий размол благоприятно
сказывается на качестве сооружений и изделий
из цемента и асбеста.
У 111IЬТР A;JBYR РЕЖЕТ МЕТ А.J1Л
На обычных металлорежущих стан:ках нель­
зя просверлить в металлической детали узкое
отверстие сложной формы, например в виде
пятиконечной звезды. Тут без слесаря не обой-
о8д.э.т.3
ЗВУК
Принцип работы ультразнуконого станка; 1 - источник по­
стоянного тока; 2 - генератор; :; - маrн11тостриюtионный
сердечник; 4 - конце11тратор; 5 - 11
11
струмснт; 6 - обрабаты-
ваемая деталь; 7 - суспензия; l!J - насос; 9 - абр::
:1
зив.
+,о[J
х•••о
•••
•••
ф
•
••
•
�m
•+
Некоторые профили инструмента для скн11з11ых отоерст11й
и углублений при ультразвуковой обработке мета.1л11ческ11х
изде.�JIЙ.
дешься, а с помощью ультразвука это мо ­
жно сделать. Маrнитостриtщионный вибратор
моЖет просверлить отверстие любой формы.
Ультразвуковое долото вполне заменяет .фре­
зерный станок. При этом такое долото намного
проще фрезерного станка и обрабатывать им
металлические детали дешевле и быстрее, чем
фрезерным станком.
Ультразвуком можно даже делать винтовую
нарезку в металлических дета.11ях, в стекле,
в рубине, в алмазе. Обычно резьба сначала де­
лается в мягком металле, а потом уже деталь
подвергают закалке. На ультразвуковом станке
резьбу можно делать в уже закаленном
металле и в самых твердых сплавах. То же и
со штампами. Обычно штамп закаляют уже
после его тщательной отделки. На ультразву­
ковом станке сложнейшую обработку произ­
водит абразив (наждак, корундовый порошок)
в поле ультразвуковой волны. Беспрерывно
:1:13

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
колеблясь в поле ультразвука, частицы твер­
дого порошка «вгрызаются» в обрабатываемый
сплав и вырезают отверстие такой же формы,
как и у долота.
Большинство ультразвуковых станков ра­
ботает бесшумно. В недалеком будущем в це­
хах металлообрабатывающих заводов не будет
ни лязга, ни грохота. Путь к тишине идет
через звук.
У.JIЬТРАЗВ�тК Ji МЕДИl�ИllЕ
Ультразвук может резать не только стекло
и металлы, но и живую ткань. Обычно при
хирургической ампутации руки или ноги врач
работает скальпелем и пилой. Но их можно
заменить ультразвуковым лучом. Такая опера­
ция проходит быстрее, и ткани тела зажив­
ляются после нее значительно лучше. С помо­
щью ультразвукового луча можно исследовать
расположение внутренних. опухолей. В огру­
бевших от опухолей тканях скорость ультра­
звуковой волны иная, чем в здоровых. Измеряя
скорости прохождения ультразвука через тело,
можно очень точно определить границы опухоли.
Особенно успешно такие исследования прово­
дятся в коре головного мозга.
Ультразвук обладает способностью разру­
шать живые ткани. Первыми его жертвами были
рыбы, убитые и оглушенные ультразвуком, ко­
гда Ланжевен и Вуд испытывали эхолоты в бух­
те Тулона. Обитающие в воде микробы при
облучении их ультразвуком погибают, ульт­
развуковые колебания их прямо-таки разры­
вают на части: разрушается оболочка их :клет­
ки, да и само внутриклеточное вещество. Поэ­
тому ультразвуком можно обеззараживать воду.
Ультразву:к применяют в медицине, чтобы
разрушить, например, клетки раковых опухолей
или камни в печени. Успешно разрабатывается
совершенно безболезненное лечение зубов с
помощью ультразвука.
Акустика - не завершенная наука, ведь
завершенных наук не существует. В ней много
важных и еще не решенных проблем и даже
загадочных... О некоторых мы вам рассказали,
с другими столкнется тот из вас, кто в буду­
щем выберет себе увлекательную специаль­
ность физика-акустика.
••
НА ПОДСТУПАХ К AБCOJIIOTHOMY HY.JIIO
ЧТО ТАКОЕ XO.JIOД?
Состояние и свойства вещества зависят от
его температуры. Возьмем, например, воду.
При температуре ниже 0°Ц - это твердое тело,
при 100°Ц она переходит в газообразное со­
стояние, а при десятках тысяч градусов пре­
вращается в плазму.
Температура определяется интенсивностью
так называемого теплового движения молекул
и атомов. Чем быстрее они двигаются в веще­
стве, тем выше его температура. Когда веще­
ство охлаждается, тепловое движение его ча­
стиц затухает. Если же тепловое движение
совсем прекратится, дальнейшее понижение
температуры станет, очевидно, невозможным.
Такую наинизшую температуру называют аб­
солютным нулем и принимают ее за начало от­
счета в абсолютной температурной шкале,
носящей имя английского физика Кельвина.
Абсолютный нуль - 0° К (нуль градусов
Кельвина). При отсчете по шкале Кельвина
114
температура таяния льда равна 273,16° К, темпе­
ратура кипения воды (при атмосферном дав­
лении) - 373, 16°К (рис. 1). Величиной гра­
дусы в шкалах Кельвина и Цельсия равны.
Температуру, выраженную в градусах Цель­
сия, легко перевести в градусы Кельвина: для
этого нужно прибавить к ней 273, 16°. Напри­
мер, +27°Ц соответствует 300,16°К.
Повседневный опыт убеждает нас в том, что
при :контакте двух тел с разной температурой
тепло самопроизвольно переходит от более на­
гретого тела к менее нагретому и температуры
обоих тел становятся равными. Передача тепла
от менее нагретого тела к телу с более высокой
температурой никогда не происходит само­
произвольно. Чтобы осуществить такую пере­
дачу, надо затратить энергию - механическую,
электрическую,
химическую или
какую­
нибудь другую.
Передачу тепла от холодного тела в окру­
жающую среду, имеющую более высокую тем­
пературу, можно рассматривать как получе-

::.:
::
•
.
.
.
.
.
•
•
••
11
--
-
ТЕМПЕРАТУРА ПОВЕРХНОСтИ COЛHLl,A
(&000°к)
КИПЕНИЕ ЖЕЛЕЗА (3273°К)
ПЛАВЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА (1800°К)
ПЛАВllЕНИЕ ОЛОВА (505°К)"
ТЕМПЕРАТУРА
тАi
ii'
иЁ"i'i
i:Ali
нoro ЛЬДА (273,18°К)
ТВЕРДЫЙ КИСЛОРОД (54,ЗQ"К)
ЖИДКИЙ ВОДОРОД (20,4"К)
жидкиil ГЕЛИА -1(4,2"1<)
жидкий гели11-П(2,19°К)
Рис. 1. Абсолютная температ�·риая
шкала.
НА ПОДСТУПАХ К АБСОЛЮТНОМУ НУЛЮ
ние холода. Тогда под холодом надо подразу­
мевать количество тепла, которое отнимается
от охлаждаемого тела. :Количество хоJюда не
пропорционально затраченной работе: чем ни­
же температура охлаждаемого тела, тем больше
нужно работы, чтобы получить то же количе­
стnо холода. Особенно сильно возрастает за­
трата работы на охлаждение вблизи абсолют­
ного нуля. Например, чтобы получить холод
на температурном уровне 3°1\ (-270°Ц), нужно
затратить в 1000 раз больше работы, чем для
получения того же количества холода при. тем­
пературе 270°1\ (-З0Ц). При абсолютном же
нуле затрата работы для получения холода
должна быть равна бесконечности. Это, кстати.
показывает, что охладить тело точно до 0°1·1:
вообще невозможно.
Понижение температуры меняет своiiства
многих тел. Например, мягкая и упругая ре­
зина становится при температуре около 200°1\
жесткой и от удара молотком раскалывается,
как стекло. Так же ведут себя многие метал­
лы, например железо, сталь, свинец. Если
из свинца сделать колокольчик и охJ1адить
его в жидком азоте, он будет издавать ме­
лодичный звон: свинец станет твердым. Но
есть металлы и сплавы, в которых пош1же­
ние температуры увеличивает прочность, остав­
ляя им достаточную пластичность. Таковы,
например, медь, ее сплавы и алюминий. Именно
из этих металлов изготовляют аппараты, кото­
рые используются при низких температурах.
ГЕЛИЙ ПРЕВРАЩАЕТСН
в жидкость
Для испарения любой жидкости к ней надо
подвести тепло (его называют теплотой испа­
рения). Тепло, необходимое для испарения
жидкости, кипящей при низкой температуре,
например для жидкого азота, жидкого водо­
рода или жидкого гелия, будет подводиться
на низком температурном уровне. Таким обра­
зом, тело, от которого будет взято это тепло,
охладится до такой низкой температуры.
Испаряя жидкий гелий в вакууме, можно
получить температуру всего на О, 7° больше
абсолютного нуля. Еще более низкую темпе­
ратуру (до 0,3°1\) дает сжиженный изотоп
гелия Не3.
Чтобы охладить какой-либо предмет до
нужной температуры, достаточно поместить его
в ванну с соответствующим сжиженным газом.
11u

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Таким образом, основная задача при получе­
нии очень низких температур - это сжижение
газов. Его можно добиться двумя методами.
Первый метод - дроссел11рование, т. е. рас­
ширение сжатого газа в вентиле. При таком
расширении молекулы газа преодолевают силу
взаимного притяжения, их тепловое движение
замедляется и газ охлаждается.
Этот метод применяется в простейших уста­
новках для ожи жения газов. Газ сжимают
компрессором, охлаждают в теплообменнике
и расширяют в дроссельном вентиле. При таком
расширении часть газа ожижается. У каждого
газа есть определенная температурная точка -
так называемая инверсионная температура. При
дросселировании газа, находящегося выше ин­
версионной температуры, он уже не охлаждает­
ся, а нагревается. Для большинства газов ин­
версионная температура выше комнатной, но
у водорода она равна 193°К (-8О0Ц), а у ге­
лия даже 33°К (-240°Ц). Поэтому применять
метод дросселирования можно, то.т�ько предва­
рительно охладив газ ниже его инверсионной
температуры.
При другом способе получения холода сжа­
тый газ заставляют не только расширяться,
но и совершать механическую работу в цилиндре
с поршнем или в турбине. Молекулы газа, уда­
ряясь о поршень или о лопатки турбины, пере­
дают им свою энергию; скорость молекул силь­
но снижается, и газ интенсивно охлаждается.
Расширительные машины, применяемые при
этом способе, называются детандерами. Они
могут быть поршневого или турбинного типа.
На цветной табдице у страницы 113 показано,
как устроен аппарат для ожижения гелия с пор­
шневым детандером. В аппарат из компрессора
поступает гелий, сжатый при комнатной темпе­
ратуре давлением окодо 20 атм. Сжатый
гелий предварительно охлаждается в теплооб­
меннике и в ванне с жидким азотом. Ббдьшая
часть сжатого гедия расширяется в поршнеuом
детандере, а гелий, оставшийся сжатым, охлаж­
дается холодным газом до 11-12°1{ и после
теплообменника расширяется в дроссельном вен­
тиле. При этом часть газа превращается в
жидкость и скапливается в сборнике. Гелий,
оставшийся в газообразном состоянии, подается
в теплообменник для охлаждения следующих
порций газа, нагревается до комнатной темпе­
ратуры и вновь сжимается компрессором. При
этом сжижается примерно 10 % подаваемого в
аппарат гелия. Для тепдоизоляции от окру­
жающей среды все холодные узлы аппарата по­
мещены в герметичный кожух - своеобразный
116
термос, в котором поддерживается высокий
вакуум.
Жидкий гелий представляет собой бесцвет­
ную легкую жидкость, плотность которой в 8 раз
меньше, чем у воды. Он кипит под атмосферным
давлением при температуре около 4°К. Жидкий
гелий используют обычно для охлаждения ис­
следуемых веществ до температуры, близкой
к абсолютному нулю.
Водород, азот и другие газы сжижают теми
же методами, но соответственно при более
высокой температуре.
КВАНТОВЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ
Исследование низких температур привело
к открытию двух удивительных явлений -
сверхпроводимости и сверхтекучести. Оба эти
явления весьма отличаются от свойств, кото­
рыми обладают вещества при обычных темпера­
турах, и могут бы'l'ь объясне ны только с по­
мощью квантовой механики.
Один из основных законов квантовой меха­
ники - это представление о дискретном, т. е .
прерывистом, характере физических процес­
сов в природе. В частности, это значит, что энер­
гия любого вида, в том числе и тепловая, может
передаваться лишь определенными, очень ма­
лыми порциями - квантами. Только квантовая
механика может объяснить некоторые явления
в микромире: свойства молекуд и атомов, дви­
жение э.т1ектронов, устойчивость ядер.
Законам квантовой механики должны под­
чиняться и многие явления в веществах -
в газах, жидкостях и твердых телах. При
обычных температурах из-за интенсивного теп­
лового движения частиц квантовые свойства
вещества не могут быть обнару жены: С пони­
жением температуры интенсивность теплово­
го движения частиц и их энергия умень­
шаются и квантовые свойства вещества начи­
нают отчетливо проявляться.
СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ
Способность твердого тела проводить элек­
тричество обусловлена свободными электро­
нами, которые перемещаются между атомами
кристаллической решетки. Такие электроны
можно для наглядности представить как некую
«жидкосты, протекающую сквозь решетку
кристалла. Под действием электрического поля
эта «электронная жидкость» течет через про-

водник в виде электрического тока. Но между
«жидкостью» и кристаллической решеткой про­
исходит трение - электрическое сопротивле­
ние металла.
Величина сопротивления во многом зави­
сит от состояния кристаллической решепш.
При высокой температуре геометрическая пра­
вильность решетки существенно нарушается
тепловым движением атомов. С понижением
температуры эта правильность восстанавли­
вается. Чем ниже температура, тем меньше и
сопротивление.
В 1911 г. гош1андский физик .Камерлинг­
Оннес открыл удивительное явление: при тем­
пературе 4,12°.К в ртути внезапно исчезает
электрическое сопротивление {рис. 2). Вна­
чале предполагали, что :какое-то сопротивле­
ние в ртути все же остается и его просто не
могут измерить. Но и самые чувствительные
приборы не обнаружили сопротивления. Это
11
1
�i:;
11
1
"'
�
��:i:
!'!"
�
4• 10-�·Ca.t
З'
Z'
t•
2
'
4:
б
8
\О
! Тк•4 ,12'К
Tl:MПl:PATYPA 'К
Рис. 2 . Электрическое сопротивление ртути при низких темпе­
рат)
·
рах. При температуре 4,12° н: сопротивление резко падает
ДО нуля,
физическое явление назвали сверхпроводи­
мостью.
Сверхпроводимость прекрасно иллюстри­
руется таким опытом. .Кольцо из какого­
либо сверхпроводящего металла охлаждается
жидким гелием. В кольце одним импульсом маг­
нитного поля наводится электрический ток,
и этот ток не исчезает до тех пор, пока удается
поддерживать в металле низкую температуру.
Существование незатухающих токов под­
тверждают и другие поразительные экспери­
менты. Опишем один из них. На кольцо, в ко­
то ром течет незатухающий ток, опускается
сверхпроводящий шарик. Магнитное поле кольца
индуцирует ток того же направления на поверх­
ности шарика. Так как сопротивление у шарика
также равно нулю, индуцированный ток в нем
не затухает. Магнитные поля токов :кольца и
НА ПОДСТУПАХ К АБСОЛЮТНОМУ НУЛЮ
Рне. 3. Плавающий сверхпроводящий шорик над
сверхпроводящим кольцом с незат)·хающ11м током
(из к1111ги Мендельсона «Физика низких тем-
ператур»).
шарика взаимно отталкивают их друг от дру­
га. И вот шарик плавает над кольцом: отталки­
вающая сила преодолевает его вес (рис. 3).
Таким образом, при так называемой крити­
чесной температуре некоторые металлы скачко­
образно переходят в состояние сверхпроводи­
мости, при котором_ шшностью отсутствует
э;'Jектрическое сопротивление. В дальнейшем
было открыто, что сверхпроводимостью обла­
дает не только ртуть, но и другие металлы,
например олово, свинец, цинк, алюминий.
Всего до сих пор открыто 23 элемента со свой­
ствами сверхпроводников.
В последние годы ученые обнаружили, что
сверхпроводимость возникает и в некоторых
сплавах, составные части :которых сами по себе
таким свойством не обладают даже при самых
низких температурах. Таковы, например, спла­
вы висмута с натрием, с :калием. Сверхпроводи­
мость обнаружена более чем у 35 двойных
сплавов и примерно у 70 более сложных соеди­
нений металлов. .Критические температуры
перехода в сверхпроводящее состояние обра­
зуют интервал более чем в полтора десятка
градусов: 18°.К - для химпческоrо соединения
ниобий-олово и О,165°.К - для гафния.
Сверхпроводящие металлы при температуре
ниже :критической становятся идеа;1ьными диа-
:1:17

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
жmеэо
8ИСМУТ
С81!РХПРО80ДНИК
Р11с. 4. Проникновение магнитного поля в шары из разл11чных
материалов.
"
�400
w
1-
� 300
"
w
� 200
с:
w
о
�
� 100
с"
�
2
з
4
ТЕМПЕРАТУРА •к
Р11с. 5. Д11аграмма сuсрхпроиодящсго перехода олова.
магнетиками. Известно, что различные метал­
лы, находясь в магнитном поJ1е, в той или иной
степени пропускают через сеnя магнитные сило­
вые .�инии. Ферромагнетики, например железо,
втягивают в себя эти линии и сгущают их.
В диамагнетике, например в висмуте, магнит­
ные силовые линии, наоборот, несколько раз­
режены. Сверхпроводники же полностью вытал­
юшают из себя магнитные силоные линии (рис. 4).
Ес.1
1
и сверхпроводник поместить в магнит­
ном поле, сверхпроводимость нарушается. Чем
ниже температура, окружающая сверхпровод­
ник, тем боJ1ьшая сила магнитного поля нужна,
чтобы разрушить сверхпроводимость. На ри­
сунке 5 показана зависимость критической
температуры свинца от напряженности маг­
нитного ПОJIЯ.
В последнее время сверхпроводимость нача­
ли применят�, в технике. После того как были
найдены сверхпроводники с высокой темпера­
туроii перехода (примерно 18°К), стало возмож­
ным 11зготовJ1ять так называемые сверхпро­
водящие соленоиды. Такой соленоид устроен
как и обычный, только обмотка его изготовлена
из сверхпроводящей проволоки, например из
спJiанов ниобий-олово или ниобий-цирко­
ний. Вся обмотка помещается в сосуд с жидким
гелием. В этих условиях электрическое сопро-
:1:18
тивление обмотки равно нулю, и таким образом
поддерживается магнитное поле без затраты
энергии, которая при других способах нужна,
чтобы преодолеть электрическое сопротивление
обмотки. Хотя получение жидкого гелия для
такого соленоида и требует затраты энергии,
эта затрата в сотни раз меньше, чем потреб­
ность в энергии обычного соленоида, создающего
такое же магнитное поле. Теперь построены
сверхпроводящие соленоиды, создающие поле
свыше НЮ ООО эрстед. Сверхпроводящие соле­
ноиды и вообще электротехнические сверхпро­
водящие материалы и устройства (например,
электромагниты,
электродвигатели)
имеют
огромное будущее.
Сверхпроводники применяются также, напри­
мер, в маломощных переключающих устрой­
ствах, особенно в устройствах, предназначен­
ных для вы<шслительных машин. В простей­
шем виде элемент такого устройства - крио­
трон - состоит из свинцовой проволоки, на
Rоторую намотана однослойная катушка из
ниобиевой проволоки (рис. 6 и 7). Когда маг­
нитное поле в сверхпроводящем соленоиде
СОИМЦОВАЯ ПРОВОЛОКА
��J-
06МО'ГНА нио&иевдя
Р11е. 6 . Схематическое устройство кр1ютроиа, который
может использоваться как переключающее устройство.
Р11с. 7. У криотроиа простого ти11а исключительно ма.1ыс
размеры.

из ниобиевой проволоки превысит критиче­
скую для свинца величину, сверхпроводящий
ток в свинцовой проволоке прерывается, и это
соответствует размыканию цепи.
Криотрон можно использовать как реле в
электронно-счетной машине. В узлах электрон­
но-счетной машины, состоящих из криотронов,
достигнута скорость переключений около 20 млн.
в секунду. В криотроне можно создать незату­
хающий ток, и тогда он становится запоми­
нающим устройством для хранения информа­
ции. Такие устройства позволяют образовы­
вать большие запасы легко и быстро «читае­
мой)) информации. Каждый отдельный элемент
прост и дешев. Затрата энергии на работу
:машины с криотронами так мала, что ею мож­
но пренебречь. Все эти преимущества криот­
ронов оправдывают применение дорогостоя­
щих низких температур.
CBEI·x·гEK)'ЧECTlt
Гелий обладает удивительным свойством:
из всех существующих в мире веществ он сжи­
жается при самой низкой температуре: 4,2°К
(-269°Ц). Но у гелия есть и другие удивитель­
ные свойства. При дальнейшем охлаждении:
он остается жидким. Все остальные вещества
при охлаждении в конце концов затвердевают.
В 1937 г. в Московском институте физиче­
ских проблем советский ученый П. Л . Капица
обнаружил, что при температуре ниже 2,2°К
жидкий гелий обладает новым свойством: он
приобретает способность протекать без какого­
либо трения. Это свойство было названо сверх­
текучестью, а гелий при температуре ниже
2,2°К - гелием-11 .
В опыте Капицы гелий-П протекал за не­
ско.1.ько секунд между плотно сжатыми шли­
фованными стеклянными пластинами через
щель шириной всего в 0,5 мк (рис. 8). При
температуре выше 2,2°1\ жидкий гелий лишь
с трудом просачивается через такую щель. Это
показывает, что вязкость у сверхтекучего ге­
лия в миллиарды раз меньше, чем у воды. По
современным представлениям считается, что
вязкость его равна нулю.
Сверхтекучий гелий образует так называе­
мую <<Ползущую)) пленку толщиной около 10-в с.-н
(рис. 9). Taкoii пле�шой он может подниматься
вверх по вертикальной стенке сосуда и выте­
кать из него. Любая жидкость, смачивающая
твердую поверхность, образует пленку, но бы­
стро перетекать по этой пленке не может пика-
НА ПОДСТУПАХ К АБСОЛЮТНОМУ НУЛЮ
-
---
--=-
--
-
--
---
---
+-
-
Рис. 8. Опыт I�ашщы для обнаружения сверХТРКУЧРСТll гелия.
Сверхтекучий гелий быстро вытекает И3 11
11
утренн ей трубки
через )'зкую щель между д11умя пластинками. Внешний со­
суд, также заполненныil rели('м, об«•спr"н1uа:1 одинакопую
температуру гелия сиаруж11 и он)·три трубки.
кая другая жидкость,
кроме гелия-11, и это
свойство
обусловлено
его сверхтекучестью.
Удивительные свой­
ства жидкого гелпя теоре­
тически объяснил совет­
сюrй ученый Л. Д. Лан-
дау. Упрощенно это
объяснение сводится к.
следующему: в гелии-11
та к мало квантов тепла,
что на все его частицы их
не хватает, и образуют-
ся как бы две жидкос-
ти, одновременно суще-
ствующие:
нормаль-
ный гелий, каждая ча-
стица которого несет на
себе квант тепла, и
сверхтекучий гелий, на
частицах которого нет
квантов тепла. Сверх­
текучая часть гелия как
бы находится при абсо­
---------
-
-
-
-
.
-
-
-
-
Рис. 9. Жидкий соерхте�;у­
ч11й гелий образ)·ет на по­
в ерхности сте11.оа пленку
толщиной о несколько мил­
лионных долей сантиметра.
Эта п.1с11ка п11едставляет
собой подоб11Р с11фона, по
которому ж1щr.о�ть вытека­
ет из ге,111еоого резервуара.
лютном нуле температуры; она не обладает
вязкостью, и поэтому обе жидкости могут дви­
гаться друг в друге без трения.
В опыте Капицы сверхтекучая часть гелия-II
быстро перетекала через щель, а нР-сверхтеку­
чая часть лишь медленно просачивалась через
119

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
ту же щель. При этом сверхтекучая часть как
бы отфильтровывалась. Опытом доказано, что
за щелью у гелия-11 более низкая температу­
ра, чем до щели. С понижением температуры
ниже 2,2°1\ доля сверхтекучей части в
гелии-11 увеличивается; при абсолютном ну­
ле весь гелий должен превратиться в сверх­
текучиii.
llАИНИЗША.Я TEl\IПEP АТУРА
Молекулы некоторых парамагнитных солей,
например хромокалиевых квасцов, могут пово­
рачиваться, как маленькие магнитики, вдоль
силовых линий магнитного поля. Если такую
соль, предварительно охлажденную с помощью
жидкого гелия до 1°1\, поместить в сильное
магнитное поле, то все ее молекулы повернутся
вдоль силовых линий этого поля, а выделенное
тепло будет передано жидкому гелию. Если
затем резко снять магнитное поле, то молеку.11ы
соли вновь повернутся в разные направления,
а затраченная на это работа приведет к дальней­
шему охлаждению соли.
Так может быть получена температура до
0, 001°1\. Этот способ охлаждения называется
методом адиабатического размагничивания.
Таким же в принципе методом, только с при­
менением других веществ можно получить
еще более низкую температуру. Этот способ
называется ядерным размагничиванием. Наи­
низшая температура, полученная пока что на
Земле, равна 0,00001°1\.
•
СТО MH.JI.J
J
HOHOB ГРАДУСОВ
Холодно или жарко в нашем мире? На пер­
вый взгляд материя Вселенной не так уж горяча.
Дышим мы прохладным воздухом, пьем холодную
воду, катаемся по льду, лепим снежки. Нас
не греет черное ночное небо. Чтобы согреться,
приходится зажигать костры и топить печи.
Между тем подавляющая масса вещества в мире
испепеляюще горяча.
Те десятки градусов в ту или другую сто­
рону от точки таяния льда (0°Ц), в которых мы
живем и к которым привыкли,-редкое исклю­
чение, крошечный уголок природы. Типичная
же, наиболее распространенная температура
вещества - это, как ни странно, миллионы,
десятки миллионов, даже сотни миллионов
градусов. До таких грандиозных температур
нагреты звезды. Астрономы доказали, что
именно в них сосредоточена львиная доля ве­
щества нашего мира. Вот красноречивый при­
мер. Солнце - ближайшая к нам звезда - рас­
калено в недрах до 10-13 млн. градусов.
А вещества в Солнце в тысячи раз больше,
чем во всех планетах солнечной системы.
Что же происходит в жарких глубинах
звезд? Какие процессы поддерживают там
огромную температуру? Современная наука
доказала: там, под ослепительным наружным
покровом, непрерывно идут превращения атом­
ных ядер, и это сопровождается колоссальным
выделением энергии.
120
В раскаленном веществе Солнца очень много
водорода. Но не обычного газа, а водородной
пла з м ы: она состоит не из целых атомов,
а из атомных осколков- ядер и электронов.
При колоссальной температуре солнечных глу­
бин частицы водородной плазмы испытывают
весьма быстрое и энергичное беспорядочное
движение. Ядра при этом с разгона налетают
друг на друга. Иногда столкновение бывает
та ким сильным, что ядра преодолевают взаимное
электрическое отталкивание (они ведь все заря­
жены положительно), тесно сближаются и сли­
ваются воедино. Тогда из двух ядер обычного
(«легкого») водорода, т. е. из двух прото­
н о в, получается ядро тя желого водорода -
дейтрон. Вместестемвылетаютпрочьот­
ходы реакции-электрон и нейтрино. А главное,
освобождается весьма значительная энергия.
+
н·1
Слияние двух протонов - маленький взрыв.
Но он сопровождается не разрушением, а сози­
данием - созиданием нового ядра, более слож-

• МАТЕРИ.1
1
НА СОЛНЦЕ,
ЗВЕЗДАХ, ПЛАЗМА
ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЬI
МЕТАЛЛУРГИИ, ХИМИИ
ЕСТЕСТВЕННЫЕ УСЛОВИЯ
ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕХНИКА
СЖИЖЕНИА-РАЗДЕЛЕНИА ГАЗОВ
11 ФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИА
ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
ЖИДКИЙ ГЕЛИЙ
4,2°
СОЛНЕЧНАЯ
КОРОНА
•-
-
.
�
�-
1t
11
МАОМА
""'�-
В МАГНИТНОЙ
•
БУТЫЛКЕ
�
*
g.
•
ПЛАЗМЕННЫЙ
ШНУР
-
�Э))))Jэt
-
�-
С1
� 10000
1000 �
ПАЯЛЬНАЯ
ЛАМПА
11
ЭЛ ЕКТРОРАЗРЯД
109
ro8
7
10
I06
Теш1ер11турнан 111к11.•а · явленнil, существующих в природе. Самnя низкая те>шература ВО.'1духа на
Зем11е -8Ы,3° Ц-была отмечена в августе 1958 г. на территории советскоil антаркт11чес1юi1 стаи11ии
"мирныil». Сnмля юшкая температура, полу•1енная в лабораторных условиях, - 0,001° К.

ного и тяжелого , чем исходные . Этот взрыв­
одно из самых сокровенных таинств природы.
Вот что уди вительно . Если бы мы попро­
бов али истолков ать синтез дейтрон а из прото­
нов , руководствуясь только классической
физикой, то пришли бы к выв оду , что такой
синте з невозможен: слишком сильно протоны
от талкив аются друг от друга. Тем не менее на
Сол нце эти пр отоны сливаются , а значит , про­
бивают-таки «непр обив аемую» стену электри­
ческого отталкив ания .
Лишь квантовая мех аника (см . пос леднюю
г лаву ст . «Электромагнитное поле�>) - наука
о микрочастицах и микропроц ессах - объяс­
нила, почему это происходит . :Ква нтова я меха­
ника выяснил а очень характерную для микро­
мира закономе рность: многое из того, ч то в
классической фи зике стр ого-н астр ого запреще­
но , в квантово й механике лишь почти запре­
щено, т. е. не невозможно , а только оч ень
маловероятно .
Сколько бы ни билась муха об оконное
стекло, она никогда не проникнет сквозь не­
го - так утв ерждает классическая физика, и
ут верждает сов ершенно верно, ибо речь идет
о событ ии в мире боJ1ьших тел, в макромире.
Ta6. . 1,1t1(ti 'К r11и111�ье «С1110 .1111.11.11tо11ов ipaJ)ycom>
В вер.rией '1fис111и �хсматичсски изображено столкно..
.
вение газовых струй . Упорядоченное движение га­
зовых молекул после столкнонения стано вится хао­
тичн ым, и температура вещества в месте встречи
поднимается до 10 000°. В cpeo·1
1
eii 'Часпи� изобра­
жена схема возникновения высокой температуры
в п.1азменном шнуре. Вокруг шнура , как вокруг
любого электрического тока , возникает магнитное
по.1е - его силовые лииии изображены в виде
красных колечек. Ток растет, поле тоже растет ,
а с.'lедоватсльно , си.1оныс линии поля - колечки -
сжимаются. Но nо1< руг силов ых ли11ий вьются заря­
женн ые частицы плазмы. И иогда колечки стяги­
ваются , они увлекают заряжснньн� части1�ы 11"1азмы
к оси шнура. Там , у оси , образуется хаос крутя­
щихся и бурлящю,; частиц плазмы . Т емпература
у оси шнура поднимается до 2 ООО 000°. Rmt.dy -
схема действия открытой магнитной ловушки. Вит­
ки , создающие магнитное поле , у ираев катушки
на.1ожсны гуще , чем в центре. Поэтому и магнитное
по;�е , возникающее в катушке , когда по виткам
проходит то к, пол учается неоднородн ым - у ираен
оно сильнее , чем в центре. К рая магнитной ловушки
называют «Пробками» или «зеркалами» .
Когда
ви�·трь .1 овушки вспрыснута плазма , ее электриче­
ски ааряжснные частицы вьются вокруг силовых
линий поля . Подл�тая в спиральном движении
к �пробкам)) , частицы не могут ((JJролезть •• сквозь
них: •1тобы «пролезт ь», Jtужно уменьшить радиус
спира.111 , а для этого требуется дополнительная
энергия , иоторую частице 11 е откуда взять. Таким
образом , частицы <со тражаются •• от <сп робок•>
11 поворачивают обратно. Внутри ловушки возни­
кает встречное движение кружащихся по спиралям
плазменн ых частиц. Они сталкиваются , движение
их становится беспорядоч ным. При соблюдении
ряда дополнительны х условий этим способом уд ает­
ся поднять температуру плазмы (правда , доволь­
но разряженной) до '0-50 миллионов г радусов
и сохранять ее в таком состоянии в течение сотых
долей секунды.
СТО !\IИЛЛИОНОВ ГРАДУСОВ
Иначе будет в мпкромире. Допустим , что
муха - это пр отон , а стекло - непробивае­
мый барьер электри ческого поля . В редч ай­
ших случаях, с какой-нибудь стомиллиардной
«попыткю> ,
эта муха - протон - оч ут ится
вдруг по ту сторону стекла. И, что приме­
чательно, стекло при этом не будет разбито , в
нем не будет пр отк нуто никакой дыроч ки .
Просто с ничтожной вероятностью происходит
поч ти невероятное событи е.
Сущность этого явления - глубоча йшая
физико-философская проблема, поныне еще не
решенная до конца. Уч еные сходятся на том ,
что секрет пар адокса скрыт в специфике микро­
qастиц: это вовсе не предметы , подобные , ска­
жем , билья р дным шарикам , это скорее волно­
вые вероятностные процессы , некий вид взаи­
модействия на самых нижних этажах всеобъем­
лющего здания материи .
Ит ак , сов ершается невер оятное. Где-то в нед­
рах Сол нца соединяются протоны . О редч ай­
шей с лучайности такого синтеза можно судить
по тому, что даже при темпер атур е и плотности
глубин Сол нца протон должен проблуждать
в среднем 14 млрд. лет , непрерывно сближаясь
с другими протонами , пок а не произойдет это
долгожданное событие - образов ание дейтрона.
Но протонов в глубинах Солнца бесчисленно
много, и поэт ому все время то тут , то там про­
исходят «чудеса�>: в крошечных микровзрывах
рождается тяжелый водород . И все новые пор­
ции энергии освобождаются , вливаясь в звезд­
ный жар светила .
Но почему же при синт езе дейтронов выде­
ляется энергия? :Казалось бы, наоб о рот , энер­
гия должна поглощаться: из простого строится
сложное , на сближение двух упрямо отт алки­
ющнхся протонов затрачив ается работа .
Да , работа затр ачи вается , и немалая . Пок а
протоны сблизятся друг с другом, они полно­
стью затормозятся . Но если к этому моменту
они ок ажутся друг от друга на расстоянии
окол о 10-13 см, вступят в действие могучие
силы ядерного притяжения . Протоны как бы
«ц адают1> друг на друга , словно бы хватают
друг друга в мощные «объятию> , и в этом-то
«падении» , в этих «объя тиях�> и выделяется энер­
гия , так же как , скажем , при падении метео­
рита на Землю . Разница в том , что, хотя ядер­
ные с илы действуют на очень малом расстоя­
нии , они в мил лиарды миллиардов раз боль­
ше сил тя готения , поэтому и энер гия синтеза
колоссальна. Она с лихв ой окупает работу,
затраченную протонами на преодол ение элек­
трического отт алкив ания , и, вырыв аясь наружу ,
:121

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕР ГИЯ
вливается в величайшее тепловое богатство
Солнца.
Одним из фундаментов физики стал сейчас
эйнштейно вский
принцип
эквивалентности
массы и энергии: масса любого тела, дважды
помноженная на скорость света, соответствует
энергии этого тела: E=mc2 , где Е - энергия,
т - масса, с - скорость света. Поэтому изме­
нение массы тела или системы тел до11жно
сопровождаться либо выделением, либо по­
ГJющением энергии. Зная это, нетрудно под­
считать, сколько энергии дает синтез дейтрона
из протонов.
Масса протона равна 1,007825, значит, два
протона имеют массу 2,01565, но масса дей­
трона равна 2,01410, т. е . меньше массы двух
протонов на 0,00155 (физики эту разность на­
зывают дефе1,том массы). По принципу эквива­
лентности она соотв етствует энергии в 0,46 млн.
:м ектрон-вольт (электрон-вольт - энергия, кЬ­
торую нрпобретает электрон, когда он преодо­
левает разность потенциалов в один вольт). Вот
это количест во энергии и выделяется при об­
разовании деiiтрона.
Слияние протонов - только начало цепочки
ядерных реакций, происходящих в Со1шце.
+11...
..
..
.
+
н'1
Каждый возникший дейтрон очень скоро
( в сред нем через 5,7 сек ) присоединяет к себе
еще один протон, превращаясь в ядро легкого
гелия и выделяя энергию 5,5 Мэв. Затем, в сред­
нем через миллион лет, ядра легкого гелия
СJ1иваются попарно - тут образуется конечный
продукт, ядро обычного гелия. При этом выбра­
сываются два протона, а энергия выделяется
очень значительная - 12,89 Мэв.
Так, через несколько ядерных превращений
водородные ядра преобразуются в ядра гелия -
газа, который ученые сначала обнаружили
на Солнце и только потом на Земле. В этой
122
статье указан только главный цикл ядерных
превращений; есть и другой, в котороr.i участву­
ют ядра углерода, кислорода, азота (см. поел�д­
нюю главу статьи <(Велиний за �юн»). И энергия,
освобождающаяся во всех этих превращениях,
титанически огромна. Ежесекундно мш1.�1юны
тонн вещества превращает Солнце в лучистые по­
токи. Но водород настолько концентрированное
ядерное горючее, что за миллион лет Солнце
теряет всего лишь миллионную долю своей мас­
сы!
Подобные ядерные процессы могут происхо­
дить лишь при очень высокой температуре, и
названыонитермоядерными.Чемвыше
температура, тем сложнее и тяжелее синтези­
рующиеся ядра, тем больше выделяется энергип.
И именно благодаря термоядерным реа1щиям
та�> сильно нагрето звездное вещество, пылаю­
щее в вечном, неутихающем пожаре.
Поняв жизнь Солнца, разгадав энергетиче­
ские источники звезд, ученые наметшш се­
бе цель: зажечь такой же могучий звездный
огонь и на Земле! Воссоздать в земной промыш­
ленной установке управляемый, послушный че­
ловеческой воде термоядерный процесс. Добить­
ся этого - значит
получить практически
н:
неиссякаемый источник энер­
гии. Ведь водородом наша пла­
нета очень богата (этот эле­
мент входит в состав воды).
Даже если научиться сжигать
в термоядерных реакторах ме­
нее распространенный в при­
роде тяжелый водород (на Со.1
1
н-
це тяжелый водород воспламе­
няется особенно легко), то и
тогда каждая круаша обыч­
ной воды станет равноценна
бочке бензина! Наконец, есть
еще одно замечательное тер­
моядерное горючее - так на-
зываемый сверхтяжелый водо­
род. В природе его, правда, почти нет, но
его можно получать методами современной «ал­
химии» - в ядерных реакторах из легкого
изотопа лития (Li6), которого немало в зем­
ной коре. Смесь тяжелого водорода и сверх­
тяжелого будет, видимо, наиболее подходящим
горючим в термоядерной энергетике будущего.
Как же решается эта великая проб:Jема?
Сейчас главная задача ученых-устроить «звезд­
ную спичку», нагреть вещество до та1шх сверх­
высоких температур, при которых начнет­
ся
энергетически
выгодная термоядерная
реакция.

Как рассчитали физики, в земных условиях
для этого потребуется куда более высокая тем­
ператур а, чем в недрах Сол нца . Причем
термоядерное горючее надо «поджечы без взры­
ва, иначе процесс выйдет из-под контроля. (Не­
контролируемый, неупр авляемы й ядерный син­
тез уже осуществлен в водородной бомбе, где
соединения изотопов водорода воспл аменяются
самым грубым способом - взрывом атомной
бомбы .)
Проще всего нагреть тело, передав ему тепло
от другого тела, нагретого сильнее . Например ,
вода в чайнике закипает, черпая тепло от более
горячего - огня .
Специфика нашей задачи
заключается в том, что зд есь этот простой спо­
соб (прим ененный, кстати , в водородной бомбе)
не годится .
При передаче тепла от горячего тела к хо­
лодному беспорядочно движущиеся атомы горя­
чего тела как бы расталкивают атомы тела
хол одного . Беспор ядок здесь готов , он только
распр остр аняется (ведь именно хаотическое
движение частиц создает нагретость тел , при­
чем средняя его энергия и соответствует темпе­
ратуре) .
А если у нас нет зар анее данного энерпrч­
ного беспорядка, котор ым можно было бы
«з аразить» холодное вещество, то надо ка­
ким-то способом заново создат ь этот беспоря­
док . Только так удастся нагреть холодное тело,
не имея горячего .
Вообразите, что две группы бегунов стре­
мительно несутся :навстречу. Вот они столкну­
лись, перемешались - какая началась толчея ,
нер азбериха! Отличный беспорядок!
Примерно так же физики пыт ались получить
высокую темпер атуру, сталкивая газовые стр уи
большого давления . Действительно , из прямо­
линейного движения атомов пол учалось беспо­
рядочное , и темпер атур а газа поднимал ась
довольно значительно. Такая система нагрева
дав ала до 10 тыс. градусов, в свое время это
был рекорд нагрева вещества в лаборатории:
темпер атур а получал ась выше, чем на пов ерх­
ности Солнца.
Но это еще очень далеко до термоядерной
темпер атуры . И какими мощными ни делали
газовые струи, как быстро ни сшиб али их , за
пределы 10 тыс . гр адусов не ушли .
Происходило это потому , что тепловой бес­
порядок на редкость (<заразителен»: он мгнов енно
убегает от области максимального нагрева,
{< заражая>> собой газ , расширяющийся во все
стороны пос ле столкнов ения струй.
Система грела окружающую среду, как
СТО МИЛЛИОНОВ ГРАДУСОВ
греет печка воздух в комн ате. Она не была
изолиров ана.
Вспомните снова Солнце . Этот све рхгоря­
чий шар идеально изолиров ан от окружаю­
щих тел - висит в пустоте мир ов ого простр ан­
ства и ни с чем не соприкасается . Правда,
Солнце отдает тепло своими лучистыми пото­
ками, но они ничтожно малы по сравнению с пол­
ной энергией светила.
Значит, если мы хотим изолиров ать наше
ис кусственное сол&це, его надо как-то (<под­
весить в пустоте» , иначе его не удастся как
следует разжечь .
Фи зики нашли путь, как осуществить эту
идею . Они воспользовались тем, что термоядер­
ное горючее при сверхвысокой темпер атуре бу­
дет, как и водородное топливо Сол нца , не в твер­
дом, не в жид ком, не в газообразном, а в плаз­
менном с о стоянии, ибо при мил лионах градусов
атомы неминуемо расщепятся на ядр а и элек­
троны (подробнее о плазме см . в ст. «Семь со­
стояний вещества») . Но ядра и электроны , как
электрически заряженные частицы, подвержены
действию электрических и магнитных полей .
Это-т о свойство плазмы фи зики и использовали.
В 50-х годах советские ученые, а за ними
и ученые других стран провели ряд экспери­
ментов .
Из закрытой трубки с электродами в тор­
цах тщательно откачали воздух. Ввели в нее
разреженный газ и через газ пропустили силь­
ный электрический разряд. В газе возникло не­
что похожее на молнию - разрядный шнур
плазмы.
Вокруг шнур а, как вокруг любого тока,
поя вилось магнитное поле, силовые линии кото­
рого можно изобр а зить в виде колечек , охва­
тывающих шнур (см. рис. 2 на цвет. табл. у
стр. 121).
По мере нарастания тока это пол е уси­
лив алось, колечки силовых линий сжимались,
стискив ая шнур пл азмы . В результате плаз­
менные частицы неслись к оси шнура, и там
возникала невообразимая толчея заряженных
частиц . Это вело к резкому повышению тем­
пературы.
В подоб ных опыт ах температуру плазмы
уд алось поднять примерно до 2 мл н. градусов .
Так был достигнут новый рекорд наивысшей
л абор аторной темпер атуры . Но и этого было
мало для термоядерной реакции . К тому же
разряды получ ались практически мгнов енными ,
похожими на взрывы , а шнуры плазмы - неу­
стойчивыми , да и не очень хорошо они были изо­
л ированы от стенок трубки : концы шнура непо-
123

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
средственно касались электр одов , и те отсасы­
вали тепло.
Тогда родилась другая мысль: приготовить
с перва не горячую , а холодную плазму, собрать
ее в быструю струю и впрыснуть в магнитное
поле особой конфигурации , в так называемую
магнитную
бутылку. Там струя
пл азмы должна задержаться , частицы ее - за­
путат ься , закружиться . Из прямого, упорядоч ен­
ного движения частиц создастся хаос, беспорядок,
а это-то и требуется , чтобы повысить температуру .
Холодная пл азма, кстати говоря знакома
всем : это она светится в трубках неоновых рек­
лам, работает в газоразрядных лампах , в лю­
минесцентных светильниках .
Хол одную плазму можно в электрическом
поле ускорить, с обрать в достаточно быструю
струю . Сл ожнее создать магнитную ловушку.
Вот в общи х чертах принцип ее устройства.
Его основа - цилиндрический соленоид,
витки которого наложены нер авномерно : по­
середине цилиндр а - реже , у концов - гуще .
Когда по катушке течет ток , внутри нее возни­
кает магнитное поле , как в любом электромаг­
ните . Из-за неравномерности витков магнитное
поле в катушке также неравномерно: у концов
оно сильнее , чем на середине . Си ловые линии
идут подобно волокнам луковицы : сначала гу­
сто, потом реже, ПОТОМ опять густо .
Магнитное поле такой формы и есть про­
стейшая магнитная бутылка . Усиленные крае­
вые области этого поля называются зеркалами
или пробками .
Электрически заряженные частицы , попав­
шие в бутылку, могут задержаться в ней, с ловно
рыба в сети . Ведь магнитное поле в сегда откло­
няет движущийся заряд - искривляет его тра­
екторию . Если поле достаточно сил ьно , заряжен­
ная частица будет , не вылетая из бутылки ,
двигаться по с пирали , как бы наматывая свой
путь на силовую линиюполя (см. рис. 3 на цвет.
табл .) .
А вблизи пробки , где силовые линии сгу­
щены , частица не м ожет пр обиться сквозь их
чащу (для этого ей нужн а была бы допол­
нительная энергия) и поворачивает обратно ;
пролетев по с пирали к противоположной проб­
ке , частица опять будет отражена и снова на­
правится внутр ь бутылки и т. д . Предполага­
лось, что так можно уловить плазму .
К сожалению , поведение плазмы в магнит­
ной бутылке значительно с ложнее предположен­
ного . Первые же эксперименты показали, что
плазма ловится в магнитную ловушку , увы,
очен ь неохотно.
:124
в эксnериментал ьном зале отдела плаз­
менных исследований Института атомной энер­
г ии воздвигнуты внушител ьные установки ,
немного похожие на старинные паровозы . На­
зываютсяэти установки пробкотрона­
м и. Их назначение - создать магнитные бу­
тылки для пл азмы .
На прочном высоком фундаменте лежит
камера - широкий цилиндр , охв аченный кре­
пежными поясами и облицов анный текстоли­
товыми блоками . С обоих торцов цилиндр за­
крыт, к нему подведены трубы вакуумны х насо­
сов . А вокруг цилиндр а проложены трубчатые
витки обмотки , в них течет охлаждающая вода .
Внутри камеры размещены датчики приборов ,
от них идет множество пр оводов к пульту управ­
ления . К одному из торцов камеры присоединен
инжектор плазмы : из него в камеру, где зара­
нее подготовлен вакуум , впрыскив ается пл аз­
менная струя .
Электрическое питание установки стол ь
обильно , что ее обслуживает специ альный энер­
гетический сектор - с трансформатор ами , вы ­
прямителями, конденсаторными батареями . Он
нах одится вни зу , в подвальном помещении .
Идет эксперимент . Огромной силы электри­
ческие импул ьсы обрушиваются в обмотку '­
токи в сотни тысяч ампер . Одновременно элек­
тронное автоматическое устройство впрыски­
вает в камеру струю водородной плазмы . На
пул ьте , на белых экр анах осциллографов , вспы­
хивают ярко-зеленые кривые, фиксирующие во
всех тонкостях поведение плазменного облачка
в магнитной ловушке.
Годы кропотливой работы потр атили ученые
на опыты в пробкотронах . Изучали особенности
плазмы , ее капризы, которые на первых пор а х
выглядели непреодолимыми , не поддающимися
никакому укрощению . Эфемерное облачко пл а з­
мы было неустойчивым и существовало мил­
лионные доли секунды . Плазма не держалась
в ловушке, касалась стенок камеры и неминуемо
гибл а.
И все-таки опыт накапливался . Наряду с бес­
численными наблюдениями велись теор етиче­
ские исследования. Предлагались новые ре­
жимы воздействия на пл азму , новые структу­
ры обмоток и магнитны х полей в ловушке .
И мало-помалу упорство ученых н ачало по­
беждать.
В 1962 г. в Институте атомной энергии был
достигнут заметный успех . Пробкотрон снаб­
дили дополнител ьной пр одол ьной стабилизи­
рующей обмоткой, и водородную плазму уда­
лось нагреть до свер х звездной температуры -

Пробкотрон , построенный в 1962 r.
в отделе плазменных исследований
Института атом ной энерr1ш им.
И. В . Курчато ва. В этом пробко­
троне уда.1ось наrреть разреженную
плазму (10'0 частиц на куб11 ч('с1шй
сантиметр) до 'О-50 млн . rраду­
сов на тысячные и даже сотые
доли секунды. Снимок сделан свер­
ху; пробкотрон установлен на вы-
соком помосте.
40-50 млн . градус ов . Ос обенно
чт о такая горячая плазма была
ценно то,
задержана
в ловушке на тысячные , даже на сотые доли
секунды . Жи знь плазмы удлинили таким обра­
зом в сотни тысяч раз. Правда , плотность на­
гретой плазмы была сравнительно небольшой -
1010 частиц на 1 см3 •
Затем последов али новые успехи. Ст ремясь
постичь тонкие свойства плазмы , физики далеко
продвинули теоретические исследования этого
своеобраз1юго состояния вещества.
СТО М ИЛЛИОНОВ Г РАДУСОВ
На службу удал ос ь поставить так назы­
ваемые коллективные взаимоде йствия в плаа­
ме , т. е . взаимные влияния ее сгущени й, ком­
ков , неоднор одностей, в т от короткий период,
к огда в ней еще не произошли парные столк­
новения частиц .
В Институте атомной энергии провели, на­
пример , такой эксперимент . В магнитную ло­
вушку впрыснули встречные потоки х олодной
пл азмы . В момент , к огда они пронзили друг
друга , на них обрушили мощный и очень корот-
126')

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕ РГИЯ
кий удар магнитного поля . Непосредственно
на ядр а этот удар почти не подействовал: они
слишком массивны . Зато в электронных пото­
ках тотчас нарушилась однор одност ь, возникли
вихри , «толпы» частичек . От электронов это
групповое хаотическое движение тут же пере­
далос ь ядрам, и их темпер атура подскочила
до десятков миллионов гр адусов,
Так , в ср авнител ьно неб ол ьшой лаборатор­
ной установке плазму удалось нагреть обход­
ным путем , испол ьзуя коллективные взаимо­
действия . При этом с пользой применили ту
самую склонность к неустойчивости , которая
в других аппаратах обычно разр ушала пл аз­
менное облачко .
Ин аче поступили ученые Института ядерной
физики Сибирского отделения Академии наук
Весной 1964 r. эта установка была построена в Институте ядер­
ной физики Сибирского отделения Академии наук СССР. В ней
удалось нагреть плазму тяжелого водорода плотностью в 101•
частиц на кубически11 еантиметр до 100 млн . градусо в. Широкие
кольца, охватывающие ка меру ,- зто обмотка пробкотрона"
создающего магнитную ловушку.·
126
в Новосибирске . На плазму, поймаиnую проб­
котроном , они обрушили такой сильный и рез­
кий удар магнитного поля, что в плазме про­
изошло опрокидывание уд арной волны . По­
лучилось нечто похожее на морской бурун .
Примерно так же опрокидыв аются кр утые
водя ные волны , образуя пенистые гребни -
барашки, в которых частицы беспорядочно
мечутся в разные стороны . В результате
опрокидывания ударной волны температура
ядер в пл азме тяжелого водорода (плотностью
1013 чаОО'иЦ на 1 см3 ) поднялась до рекордной
величины - 100 млн . градус ов . На десятки
микр осекунд в установке зажглас ь фи зическая
термоядерная реакция . Она заявила о себе ней­
тронами , освободившимися при «звездном»
синтезе ядер легкого гелия . В физической лабо­
ратории на мгновен ие вс пыхнула искра искус­
ственного солнца !
Пр авда , от этого проблеска еще далеко до
решения проблемы . Лабор аторные реакции не
дают пока ни джоуля энергии, наоборот , они ее
довол ьно жадно поглощают . Чтобы возбудит ь
энер гетически выгодный термоядерный пр оцесс,
ядра в плазме тяжелого водор ода (плотностью
1014- 1015 частиц на 1 см3 ) предстоит экономно
нагреть до 500 миллионов и даже до миллиарда
градусов и удер жать в течение секунды . Эти
требов ания вар ьируются: при большей плотно­
сти плазмы ее температура и время удер жания
могут быть умен ьшены . Однако невозможно
достич ь цели, если, скажем , заботиться только
о повышении темпер атуры . Задача должна быть
решена комплексно .
Даже при исполнении всех этих требований
останутся еще огромные технические трудности :
нужно научиться создават ь гигантские (в сотни
тысяч эрстед) магнитные поля , высокий ва­
Rуум в достаточном объеме (ведь термоядерное
горючее будет в сотни миллионов раз разрежен­
нее комнатного воздуха) , разработать и по­
лучить жаропроч ные , но не загрязняющие
вакуум материалы для внутренних частей ка­
мер и т. д. Сл овом , до энергетического термо­
ядерного реактор а еще не близко . Сегодня
гл авная цел ь физиков - как можно глубже
понять плазму , научиться обращат ься с ней .
Исследования и дут интенсивно и широким
фронтом . И не только в пр обкотронах . Ста­
вятся опыты в так называемы х тор оидал ьных
камерах . Там плазма находится в кол ьцев ой
трубе , вроде пол ого бублика, и пр едст авляет
собой как бы замкнутый виток мощного пони­
жающего трансформатор а. Раскаляется она
мощным импул ьсом электрического тока .

Есть камеры, где пл азма , схваченная в маг­
нитную ловушку , резко сжимается нар астаю­
щим магнитным полем ; тогда она нагревается
по тому же закону , по которому греется воздух
под поршнем вел осипедн ого насоса. Есть ка­
меры и в ф орме восьмерки . Они тоже дают на­
дежду получит ь устойчивую горячую пл азму .
Несмотря на огр омные трудности (и прин­
ципиальные и технические) , физики и инженеры
уверен но продвигаются по пути к искусственному
солнцу . Настанет день, и их огромная работа
увенч ается полным успехом . Ногда это пр ои­
зойдет ? Уч еные не очень-то любят такие про­
гнозы .
Назыв аются разные сроки - от 5
до 50 лет.
П ромышленны й, управляемый термоядер­
ный реактор будет самой замечательной энер­
гетич еской установкой из всех изобретенных
человеком . Научившись «сжигать воду» в искус­
ственном солнце, мы получим источник топ­
л ива, равноценный 500 океанам , в которых
вместо воды была бы нефт ь! Трудно даже во­
об разить себе, к какому бурному прогрессу
приведет это индустрию , сельское хозяйство,
науку . Получив изобилие энергии , человек
сможет осуществить самые . дерзкие мечты ,
вплоть до кардинал ьного преобразов ания Зем­
ли , ее природы , ее климата. Всюду , где потре­
буется , люди пошлют воду в пустыни , согреют
холодные моря , осушат болота, обнажат запа­
сы полезных ископаемых, полностью , до конца
подчинят себе все сокровища нашей пл анеты .
ПЯТЬСОТ ТЫСЯЧ АТМОСФЕР
Лабораторный документ нnrрева плазм ы в установке Новоси ­
б11 рскоrо института ядерной физики . Верхняя кривая показы­
вает количество нейтроно в, вылетавших из плазм ы при вспыш­
ке термоядерноrо синтеза . Н ижняя кривая показывает кол и­
чество ионов с энерrией в 10 ООО электрон-вольт, что соответ­
ствует тем пературе 100 млн. rрадусов. Под кривыми - дслl'­
ния , показывающие время. Каждое делен ие соответст вует
10 микросекундам.
Ск азочное энер гетическое богатство откр оет
новую эру в истории , эру невиданного изоби­
лия и поистине фантастического умножения
человеческого могуществ а.
•
ПЯТЬСОТ ТЫСЯЧ·АТМОСФЕР
'ITO ТАКОЕ ДАВ.J
J
ЕНИЕ?
Почему :кончик игол:ки должен быть острым?
Почему человек проваливается в рыхлый снег ,
а на лыжах стоит на нем прочно? Почему у везде­
хода широ:кие шины? Чтобы отв етить на эти
и многие другие вопросы, нуж но вспомнить ,
что такое давление.
Да вление - это сила , приложенная к еди нице
шющадп. Поэтому вес челове:ка , распределен­
ный на площадь его подошв , - это давле­
ние . Сила , с которой нажимает наперсток ,
п риложенная к площади кончи:ка иглы , - это
давJ1ение.
Вычислим его. Предположим , что диаметр
кончика иr;лы равен 0,01 мм, или 10-з см (а это
еще тупая игла). Тогда площадь кон чика рав на
(3
·�
4
х 10-в ) см2 • Если наперсток нажи мает на
иглу с силой в 1 г, то давление под кончиком
будет 1275 кг/см2, или 1275 атм * · Жало :ко-
*
В системе единиц СИ давление измеряют ньютона­
ми на квадратный метр (н/м2). Но так как эта едини­
ца очень мала, то в технике пользуются другой еди­
ницей, которая называется бар ом. 1 бар= 10� н/м2.
Бар очень близок к старым единицам давления: к
технической атмосфере (0,9806 бар) и к физической
атмосфере, т. е . к атмосферному давлению на уровне
моря (1,013 бар).
В технике высоких давлений пока еще пользуются
старой единицей измерения - технической атмосферой,
которую обозначают атм. Поэтому и мы в статье
будем указывать давление в технических атмосферах.
127

Д ВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
мара еще тоньше, чем игла, и понятно , почему
.ко мар та.к лег.ко про.калывает .ко жу.
Вес челове.ка - о.коло 70 кгс, площадь
подошв на его ботин.ках - примерно 500 см2•
Значит , давление на пол равно 0 , 14 атм . Много
ли это? Вероятно, нет . Но этого достаточно,
чтобы продавить снег . Площадь лыж о.коло
4000 см2, т. е. в 8 раз больше. Следовательно ,
давление лыжни.ка на снег в 8 раз меньше .
Уже не пров алиться !
Вспомним теперь, что собой представляет
атмосферное давление. Это вес
воздуха, приходящийся на единицу площади .
Атмосферное давление убыв ает при подъеме на
высо.кие горы, растет при опус.кании в шахты ,
и поэтому его обычно измеряют на опреде­
ленном уровне - на ур овне моря . Здесь на
1 см2 поверхности давит сила тяжести о.коло
1 кгс . Отсюда и пош ло обозначение: техничес.кая
атмосфера - это 1 кгс/см2 • Попутно стоит вспо­
мнить , что площадь (не поверхность !) челове­
Чес.кого тела равна приблизительно 1000 см 2,
следов ательно, на нее давит о.коло тонны.
А если спуститься под воду? Там давление
воЗрастает . Ведь плотность воды в тысячу раз
больше плотности воздуха. На
.
каждые 10 м
гл убины давление возрастает приблизительно на
од ну атмосферу и на глубине 10 км уже достигает
примерно 10 00 атм. В толще Земли давление воз­
растает еще сильнее. В центре Земли оно дости­
гает нес.колышх миллионов атмосфер .
КАКОВ ПРЕДЕЛ ДАВЛЕНИЯ?
А вообще .ка.кон предел величины давления?
Нижний предел - это абсолютный ва.куум .
В пространств е, где нет ни одной частицы веще­
ства, давление равно нулю. А верхний предел ?
Попробуем представить себе ящи.к, стен.кн
.ко торого мо гут выдержать любое давление . Нач­
нем нагнетать в него газ . Пусть это будет, с.ка­
ж ем, дв уо.кись углерода - обычная угле.кисло­
та , .кото рой газируют воду. По мере того .ка.к мы
будем накачивать углекислоту, число ее моле­
кул в ящике начнет расти . Плотность газа и
давление тоже возрастут . Молекулам в ящике
станет теснее . При некоторой плотности газ
начнет превращаться в ж идкость . Если продол­
жать накачив ание, количеств о молекул в ящике
станет еще больше , расстояние между ними бу­
дет сокращаться . Силы взаимодейств ия между
молекулами также увеличатся . Молекулам ста­
нет все труднее дв игаться в ящи.ке . Возрастет
вязкость дв уо киси углерода , и при давлении
128
в несколько тысяч атмосфер она . затвердеет .
Продолжим сжатие. Предположим, что одна
стенка ящика подвижная, и, перемещая ее как
поршень , мы сжимаем твердую дв уо.кись угле­
рода . При давлениях в десятки тысяч атмос­
фер молекулы подойдут так близко друг к дру­
гу, что это станет мешать электронам двигаться
вокруг ядер . Появятся искажения электронных
оболочек .
Бо лее половины химических элементов уст­
роено так , что на их внутренних электронных
орбитах есть свободные места . При дальнейшем
сжатии (до сотен тысяч атмосфер) электроны в
таких атомах начнут сдвигаться на свободные
места поближе .к ядру. При этом обычные хими­
ческие свойств а элементов настоль.ко изменят­
ся , что может даже образоваться новая периоди­
ческая система элементов .
При давлениях в миллионы и более атмосфер
может о.казаться, что электронам выгоднее вра­
щаться не во.кр уг отдельных ядер , а в виде «эле.к­
тронного газа)) во.кр уг всех ядер : веществ а пере­
ходят в металлическое состояние. Именно из
такого веществ а состоят белые карлики - з везды ,
внутр и .кото рых давление достигает 1016 атм
(десять .кв адрильонов атмосфер!), а плотность
таков а, что 1 см3 вещества обладает массой в не­
скольн:о тонн .
КАК СОЗДАЮТ ДABJIEHllE?
Вернемся в наши привычные земные уело-·
вия . Здесь мы очень часто встречаемся со срав­
нительно высоким давлением и ис пользуем его .
Под давлением находится в баллоне дв уо.кись
угдерода , о .ко торой мы уже говорили. Давление
газов в цилиндрах двигателя внутреннего сго­
рания тол.кает поршень и двигает автомобили,
самолеты, теплоходы . В ствол е орудия давление
пороховых газов доходит до несколь.ких тысяч
атмосфер и вытал.кив ает снаряд . Давление газа
в недрах Земли з аставляет нефть бить фонтаном
из скважины. Давление пара достигает десят­
.ков и сотен атмосфер, оно дв ижет поршни паро­
вой машины, лопасти турбины . Давление исполь­
зуют в гидромониторах - водяных пушках,
.ко торые струей воды режут и размывают грунт ...
Мы по.казали, что происходит при сжатии
веществ а в простом ящике. В действительности
же давление создается в сл ожных аппар атах.
Газы сжимают .компрессорами. Они
засасывают газ из газгольдеров (газосборни­
.ко в) и сжимают его последовательно в несколь­
.ки х цилиндрах-ступенях до давлений в сотни

и тысячи атмосфер. Это очень сложные, мощные
и точные машины; поршни в ппх так хорошо
пригн аны к цилиндр ам, что молекулы газа пи­
ка!\ не могут прорваться в з а зор. Сейчас уже
существуют машины, способные сжать газ до
10 тыс. aтJ.t. При обычной темпер атуре и давJiе­
шш между 10-20 тыс. атм многие газы затв ер­
дев ают. Tal\oe же превращен ие, но при меньшем
давлении происходит п с жидкостями. А вот
твердые тела можно сжимать сколько угодно,
то.1ь ко бы выдержал со суд, в котором это веще­
ство находится.
RAROE д,\В.11ЕНИЕ ltJOЖET
ВЫДЕР�КЛТЬ CAltl АППАРАТ?
Это прежде всего зависит от прочности ма­
териала, из ноторого он сдеJшн. Разумеется,
для изгото вления аппаратов
Пр инцип аппарата с
г1щравлической под­
держкой
примерно
тотже,чтоиуиг­
рушки «Матрешки».
nысоI\ОГО давления применя­
ют наилучшие и самые проч­
ные материалы - легирован­
ные стали и сплавы. Но если
в цилиндр, сдел а нный из луч­
ших сортов стали, на�•а чив ать
газ , то при любой толщин е
стенок этот цшшндр не вы­
держит д авление больше чем
20 тыс. атм - он разорвется.
l\ак же увел ичить его п роч­
ность? l\ак построить аппара­
ты, способные выдержать сот­
ни тысяч и даже МИЛ.'IИОНЫ
атмосфер, при которых в ве­
ществе происходят такие уди­
вительные превращения? Вот,
например, один и з способов
решения этой з адачи. Сосуд,
в котором нужно создать вы­
со кое давлен ие, можно вста­
вить в такой же сосуд боль­
ших размеров, этот - в еще
больших и так далее, и устро­
ить ст альное подобие игруш­
ки «матрешк и». В пространст­
вах между сосудами нужно
создать давления, отличаю­
щиеся др уг от друга на 10-
20 тыс. атм. При достаточно
большом количестве таких ,
вставленных друг в друга сосудов давление
во внутреннем со суде теоретически может быть
доведено до любой величины (рис. 1) . Но
изготовить такой аппарат неимоверно трудно .
о9д.э.т.3
ПЯТЬСОТ ТЫСЯЧ АТМОСФЕР
.,
10 000
атt.1
30000
атм
50 000
ат"
Рис. t. Аппарат с гид­
равлической
поддерж­
кой: между стенками со ­
судов нагнетается жид­
кост ь, 11, чем ближе к
центру, тем под боль-
шим давлением.
Рис. 2. Аппарат с коническими оправками (м ультипликатор
с двойной поддержкой) : 1 и 2 -· штуцеры, через которые к пор­
шням подается под высоким давлением масло, .1 и 4 -иор-
mн и, 6 - исследуемое вещество, 6, 7 и s - об1<лад1ш.
:129

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Рис. 3 . Схема сжатия куба.
l'ис. 4 . Схема сжатия тетра :эдра.
Тяrа
Плмта
--t-
--t-
--
Tвepдыil
сплав
Иссnедуемое
--
--
--+-
--
-+-
--
ещество
--t-
--t-
--
'Cтanь
Пnита
Рис. 5. Гидра о.111ческий пресс с «н аковальнями» .
130
Бы.11а предл ожена и другая нонстру1щия.
Сосуду , предназ наченному дл я со здания высо­
ного дав.1енпя , придают ноничесную форму и
вставляют его в стал ьное нол ьцо с ноничесю111
1
отв ерстием . Есш1 вдавливать этот сосуд в ноль­
цо , которое назыв ают оправной, то он действ ует
нан ктш - стремится расширить кольцо , но
сам сдавшша ется . На пов ерхн ости этого нониче­
ск ого сосуда возюшает дав:Тiение, ноторое будет
стре�шться сжать сосуд. Такой сжатый, ил и,
нак е го называют, поддерж анный , нонусный
сосуд !IЮЖет выдерж ать гораздо большее давле­
ние . Этот прп ем можно повторить: сде.11ать
оправку тоже к онической и вставить ее во
вторую оправку. То гда вн утри конусного сосу­
да можн о создать еще большее давление . Та­
н ой аппарат изображен на рисунке 2. Здесь мы
видим :nоническш1 сосуд с двумя ступенями под­
держки и дв а гидр авлических пресса , передви­
гающи х стальные поршнп, между ноторыми на­
х одится исс.�:едуемое веществ о.
Чтобы привести в действ ие всю систему ,
нужно насосом высокого давл ения подать масло
в штуцеры 1 п 2. Тогда в пространств ах з а порш­
нями 3 и 4 давление поднимается и поршни
начинают сжимать веществ о. Поддерживающее
давление можно регулиров ать , перемещая ниж­
ний поршен ь. В таком аппарате можно достичь
давления от 50 до 100 тыс . атм.
Люб ое вещество сопротивляется сж атию
больше , чем растяж ению. Используя это свой­
ств о материалов (особенно тв ердых) , придумали
такую конструнцию аппарата , в ноторой все
части , находящиеся под очень бол ьши м давл е­
нием, толь:nо сжимаются . Сх емы таних аппара­
тов изображены на рисунке 3. Кубин веществ а
находится между шестью поршнями из наитв ер­
дейшего сп.11а ва - карбида вольфрама . Эти
поршни одновременно передв игаются к центру
системы мощными гидравличесними прессами .
Веществ у дев аться некуда , оно может тольно
медл енно выд авливаться (течь) в щели между
поршнями . В результате внутри веществ а ра з­
вив аются огромные давления- до 200 тыс . am.J.t.
В другой схеме (рис. 4) веществ у придают вид
тетра эдра и сжимают его четырьмя поршнями
с треугольными нанонечнинами .
Самые высокие , так называемые статические,
т. е . поддержив аемые дл ительное время , давле­
ния достигнуты в аппарата х, ноторые построе­
ны по принципу молота и нанов альни . Ведь обыч­
ные молот и нанов альня остаются при ковке
целыми ,а кусок железа сильно меняе'Р св ою фор­
му. Из очень тв ердого сплава изготовляют дв е
нанов альни и помещают их между плитами мощ-

Рис. 6. Адиабат11ческая пушка.
ного гидр авлического пресса (рис . 5) . Между на­
ковалыщми находится тонкий слой исследуемо­
го веществ а . При сжатии таких плит в веществ е
развив ается огромное давление. Его уже уда­
лось дов ести до полумиллиона атмосфер . Боль­
шего давления не выдержи-вает материал , из
кото рого сдел аны наковальни .
Подсчитаем, с какой силой нужно сжать на­
Rов альни , чтобы достичь такого давления . Пусть
диаметр основания на �ювальн и , на котором
располож ено вещество, равен 1, 6 см. Тогда
площадь на:ков альни равна приблизител ьно
2 см2• Значит, чтобы полу чить давление
в 0, 5 млн . атм, нужно сжать плиты с силой
1000 т. Что же таl-\ое 1000 т? Это груз дв адцати
50-тонных товарных вагонов . Целый поезд!
Кроме статического давл ения , существ ует
еще динамическое, быстроменяющееся давле­
ние ; оно возникает и уменьшается в доли се­
кунды. Та:ково, например , давление взрыва.
Динамические давления возникают в двигате­
лях внутреннего сгорания , в орудиях и т. д -.
.
Предс тавим себе, что выходное отв.ерстие в
стволе артиллерийского орудия закры;rо сталь­
ной пр обкой . Если таким орудием произвести
выстрел , то снаряд, который легко пробил бы
броню тан:к а, эту проб:ку не пробьет. Он доле­
тит почти (почти !) до этой проб:ки, остановится
и ... п олетит обратно . Не даст ему пробить проб­
ку сжатый газ . Ведь в стволе орудия находится
воздух . При выстреле снаряд в ств оле, Rак пор­
шень , гонит перед собой воздух . В конце ствола
давление воздух а и его плотность настолЬRо уве­
личатся , что воздух начнет действовать , как
мощная пружина, и остановит снаряд. А даль­
ше , как всякая пружина , воздух разжима ется
(расширяется) и двигает сн аряд обратно. Так
:ка:к сжатие в этом случае происходит в доли се-
9*
ПЯТЬСОТ ТЫСЯЧ АТМОСФЕР
кунды , то газ нагрев ается до
очень высокой темпер атуры.
На этом принципе созданы
установки для так называе�юго
адиабатического , т. е. без об­
мена тепла с окружающей сре­
дой, сжатия газа (рис. 6). В та­
кой установке можно получить
давление до 20 тыс . атм и одно­
временно температуру до 10000°.
Это дает возможность уче­
ным исследов ать поведение сжа­
тых и нагретых газов и их вза­
имодейств ие между собой. Ин­
тересно напомнить, чт" в ХV11 l в.
такой принцип был ис пользо­
ван для построiirш воздушного
огнив а. Это б ыла трубка, з а:крытая с одно­
го :конца . В трубке двигался поршень. При: бы­
стром вдавлив ании поршня воздух в труб:ке
нагревался и воспламенял трут.
Итак , в настоящее время в лабораториях
достигают давдений до полумиллиона атмосфер .
Для чего ж е это нужно? Давление сильно изме­
няет свойств а вещества. В первую очередь ме­
няется его плотность. И это изменение плот­
ности приводит :к удив ительным явлениям.
110.JIИМОРФНЫЕ ПЕРЕХОДЫ
Одно и то же веществ о может принимать раз­
личные, так называемые аллотропические фор­
мы : кислород и озон , графит и алмаз . У хи­
мических соединений такие ашютропичесние
формы называются полиморфными модифи­
кац{{ями (см . ст. «Твердое тело 11 его загадн и»).
При изменении окружающих условий - темпе­
ратуры, давления ,-когда это из�1ен ени е дост иг­
ло определенной стадии, веществ о из одной алло­
тропической формы переходит в Другую и приоб­
ретает др угие химиЧ:еские или фи зические свой­
ства. Эта точка так и назыв ается точкой перехода.
Различные аллотрбпические формы бьшают не
только у веществ , состоящих из одного. химиче­
ского элемента , но и у многих химичес:ких сое­
динений (полиморфные формы).
В наше время считают, что при давлениях
до 50 тыс . атм у каждого химического. соедине­
ния возможен по Rр айней мере одirн полиморф­
ный переход. Опыты показыв ают, что у мно­
гих веществ их гораздо больш �. Известно , что
у камфары Их одиннадцать, У'ВQДЫ - семь , у
висмута - восемь и т. д . Останов :Имся на воде.
При 0° Ц вода замерзает. Если лед сжимать , то
.1.8:1

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
при 30 тыс . атм образуется форма .11ь да -VП,
ноторый пл авится при + 190° Ц. Значит , на
тано:м нусне льда мо жно было бы жарить пи­
щу, если бы лeд-VII сохранял· свои свойств а и
при снижении давления . Лeд-VII обл адает нео­
бычайной твердостью и мо жет поэтому стать
причиной натастрофы . В подшипнинах, в но­
торых вращаются валы мощных турбин, разви­
вается огромно е давление. Если в смазке есть
хоть немного воды, она замер зает . Образовав­
ши йся лед, нак песок, трет вал и по дшипник
и быстро выводит их из строя .
В пр ироде существ уют и нео брати мые пере­
ходы: веществ а, по луч енные под давлением ,
сохраняют свои свойства и после того , как
давление снято . I\ таким веществ ам относит­
ся углерод . Этот элемент может существо�ать
в виде двух по лиморфных модифинаций - гра­
фита и алмаза. I\ан только это был о установ­
лено , начались по пыт1ш превратить графит в
алмаз. На цв етной таб.�nще у страницы 376 изоб­
ражены нристаллические решетни графита и ал­
маза. В графите атомы углерода расположены
· в угл ах шестиугольников и слои этих шести­
угольников находятся на расстоянии 3,4 А
друг от друга . Слои шестиугольников , как че­
шуй1ш, скользят друг по др угу. Поэтому гра­
фи т иногда употребляют для смазки.
В алмазе атомы углерода находятся в вер­
ши нах тетраэдра, дл ина ребра ноторого равна
1,54 А. Таким о бразом, в алмазе расстояние
между атомами почти вдвое меньше, чем в гра­
фите . Ал маз-самое твердое вещество на свете.
I\р оме того , так нак алмаз встр еча ется в пр и­
роде д овольно редко, он считается драгоценным
на мнем и стоит очень дорого . Не удивител ьно ,
80.ц
:182
что уже давно люди стремил ись найти спосо б ,
нак превратить графит в алмаз. На решение
этой пр облемы было по трачено немало сил и
средств . Много было разочарований, прежде
чем эта пробл ема была решена. А решили ее
только , когда был найден научный путь , когд а
были накоплены знания и достигнут опред елен­
ный уровень развития техники. В 50-х годах
на шего века нашли способ осуществлять искус­
ственно полиморфный пер еход графита в алмаз .
В наше время уже налажено промышленно е пр о­
изводство технических алмазов .
Чтобы графит мог пер естроиться в алмаз ,
нужно не тольно сжать его до давлений в со тни
тысяч атмосфер , но и нагреть при этом до очень
высокой темпер атуры. Правда , графит мо жно
пр евратить в алмаз и: при комнатной темпера­
туре при давлении всего около 10 тыс . атм,
но тогда нужно было бы ждать века , пока полу­
чится хоть нр упинка алмаза. Высоная темпера­
тура нужна, чтобы пр оцесс пр евращения шел
быстро. А чем выше температура процесса , тем
большее давление требуется, чтоб ы по.'Iучить а.11маз.
Кроме высокой температуры, для перехода
гр афита в алмаз нужны катализаторы - в еще­
ства, ускоряющие процесс . Правда , в послед­
ние годы научились обходиться и без них .
Аппарат, в нотором осуществ ляется синтез
а лма за, изображен на рисунке 7. Он состоит из
мн огослойного к ольцевого сосуда . Внутренний
слой сделан из сверхтвердого сплава. На этот
слой надеты пояса (бандажи) из твердой стали,
мя гкой стали, меди и пояс, в котором циркули­
рует холодная вода . Такое чередов ание материа­
лов уменьш ает опасность разлета осколков,
если аппарат разрушится .
Рис. 7. Схема бандажного ап­
парата для получения алма­
аов: 1 - медь, fl - мяrвая
сталь, 3 - сталь, 4 - твердая
сталь,
6 - самая
твердая
сталь, 6-карбнд вольфр ама.

Сверху и сни зу аппарат за.крыт многослой­
ными .крыш.ками . Внутренние части - это штам­
пы из св ерхтвердого спл а ва. На .конусные части
штампов надев ают про.клад.кн из пирофиллита
(минерал - алюмосили.кат ж ел еза) . Он обла­
дает св ойств ом становиться при очень высо.ких
давлении и темпер атуре пл астичным.
Внутр ь .кольцевого сосуда вста вляют .контей­
нер из пирофиллита . В .контейнере находятся
графитовый стер жень и .катализатор. Все три
части аппарата собирают и вставляют в гидрав­
личесниii пресс . Затем сжимают плиты пресса
и начинают ув еличивать давление в аппарате .
Пирофиллит заполняет все неплотности между
штампами и .кольцевым сосуд о м и предотв ра­
щает падение давления .
Чтобы нагр еть содержимое .контейнер а, че­
рез штампы пропус.кают то.к большой мощ­
ности . Шта мпы изолированы от плит пресса и
соединены металличес:кими про:клад:к ами с гра­
фитовым стержнем в :контейнере. Ток , проходя­
щий через эту эле:ктричес:кую цепь , нагревает
графи т до 3000 °Ц.
Проходят десятю1 минут, и процесс за:кон­
чен . Внутри .контейнера уже не графит , а .кри­
сталли:ки алмаза с ребром до 2 мм.
Алмаз ценится не тольно .как украшение.
Прежде всего его ценят за необычайную тв ер­
дость . Из алмазов изготовляют резцы , сверла,
фрезы, шлифовальные .круги , буровые .корон­
ки . Алмазные инструменты обрабатывают самые
твердые спл авы с необычной скоростью , точ­
ностью и чистотой.
Нес.колько лет назад был найден еще один
полиморфный пер еход. Нитрид бора (BN ) -
белый порошок , решетка которого очень сход­
на строением с реш еткой графита ,- может под
давлением 70 тыс . атм и при темпер атуре около
1500 °Ц необратимо перестроиться в боразон.
Решет.ка этой новой полиморфной формы схожа
с решетк ой цинковой обманки (ZnS). Тв ердость
боразона сравнима с тв ердостью алмаза, а тер­
мическая стойкость его еще выше.
ДАВ.ЛЕНИ Е
В XllMll ЧECRllE РЕАКЦИИ
Огромную роль играет давление в химии. Из­
вестн о, что для производств а по роха нужна селит­
ра : калиевая, натриев ая или аммонийная соли
азотной кислоты . До первой мировой войны ос­
новным поставщиком селитры была страна Чили,
обладавш ая огромными залежами калиевой селит­
ры . Вскоре ·после начал а войны Германия ока-
ПЯТЬСОТ ТЫСЯЧ АТМОСФЕ Р
залась в катастрофическом положении: морская
блокада сдел ала доставку селитры из Чили не­
возможн ой. И то гда немец.ки е хими.ки разрабо­
тали метод , позволявший синтезировать аммиак
из азота и водорода . Из аммиа.ка получали азот­
ную .кислоту и аммиачную селитру. Гер мания
стала пр оизводить собств енную селитру.
Та.кой процесс синтеза аммиа.ка был произ­
водительным и удо бным толь.ко потому, что его
вели под давлением в несколь.ко сот атмосфер .
Давление о.казалось необходимым , потому что
оно значительно ус коряет химические реа.кции .
Прежде всего оно увеличивает .концентрацию
.ко мпонентов , т. е . их содержание в единице
объема . Кроме того , реа.кция синтеза аммиа.ка
3H2+N2�2NH3
идет с уменьш ением объема: из тр ех объемов
водорода и одного объема азота получаются дв а
объема а111миа.ка . При увеличении давления
система (азот + водород + аммиак) словно
сопротивляется этому и, чтобы снизить давле­
ние , дает аммиак .
Сейчас во всем мире зав оды синтетичес.кого
аммиака вырабатывают десятки миллионов
тонн аммиачной селитры - одного из самых рас­
простр аненных минеральных удо брений .
Та.к называемые колонны синтеза, т. е . со­
суды , в .которых синтез аммиа.ка осуществляется
на .катализаторе,- это гигантские стальные
трубы диаметром до 1,5 м и высотой в 10-15 м.
Толщина стено.к у этих труб достигает 20 см.
За час они перерабатыв юот десят.ки .кубометров
азотов одородной смеси . Мощные .компрессоры
подают эту смесь под давлением 300 атм. В .ко­
лоннах синтеза под таким давлением и пр и тем­
пературе 400 -500 °Ц азотоводородная смесь ,
сопри.касаясь с .катализатором, превращается
в аммиак .
В наше время 1\JJio гo химичес.ких проду.ктов
получают в промышленности с помощью высо ­
.кого давления , например метиловый спирт,
уксусную кислоту . На производство этилового
спирта еще недавно расходовали сотни тысяч
тонн зерна и .картофеля . Теперь спирт получа­
ют под давлением из воды и этилена - газа,
выделяющегося в большом .количеств е при до­
быче и переработ.ке нефти . Тот же этилен при
давлении в 1500-3000 атм полимеризуется в
полиэтилен-пластическую массу, обладающую
рядом ценных качеств (см. ст . «Полимеры») .
Под давлением производят и синтетические
волокна . Можно насчитать еще около 100 тех­
нологических процессов , которые стали воз­
можными благодаря применению давления .
138

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ, Ч ТОБЫ
llОСТРОИТЬ ХИМИЧЕСКИЙ ЗАВОД?
Построiiка завода , на котором аппараты
работают под давлением ,- дело сложное . Оно
требует многих знаний . Прежде всего для
этого надо знать , как ведут себя под давле­
uием различные »ш дкости , газы и тв ердые
тела, когда они находятся в одном аппарате.
Пока эти вещества не прореагируют друг с дру­
гом , они будут соприкасаться и смешиваться ,
газы будут растворяться в жидкостях , а жид­
кости и даже твердые тела - в сжатых газах .
Химику, инженеру-технологу и проентировщику
надо знать , как это все происходит .
Как ведут себя веществ а под повыш енным
давлением , до.'1жен знать не только работник
химической промышленности , но и вообще ка(К­
дый хороший инженер . Долгое время не могли ,
например , попять , почему на лопатках паровых
турбин оседает соль. В воде, которую подводят
в паровые котлы , есть соль
"
, но ведь в турбину
попадает не вода, а пар. И кому же не известно,
что из пара получают дистиллированную воду?
Следов ательно , на лопапш турбины попадают
каким-то образом водяные брызги . Чтобы избе­
жать этого , устанавливал и всякие отбойники ,
брызгоуловители , отсекатели, но ничего не по­
могало. Разгадка пришла , :когда было выяснено,
что под высоким давлением водяной пар пре­
I\ расно растворяет твердую соль и уносит с е в
турбину. Стало ясным, что :котлы надо питать
водой , в :которой нет соли.
А свойство сжатого пара раств орять соль на­
учил ись использовать для пол учения ценных
вещестu . Этот принцип применили , например ,
для uыращив ания огромных :кристаллов :кв ар­
ца . В паре, сжатом компрес
с
ором, при высокой
темпер атуре растnоряют :кремнезем (Si02) , а
затем , сниыtв температур у , :кристаллизуют из
газового раствора 1\ варц. Tal\ выращивают :крис­
таллы чистейш его :кварца (горного хрусталя)
весом в нес:колько килограммов . Такие кристал­
лы нужны радиотехнике. Из них изготовляют
пьезокварцевые пластиюш (см . ст . «Звук ») .
Так же синтезируют и другие ценные мине­
ралы. Этот метод называют гидротермальным
синтез·ом, потому что процесс идет в водяном
паре при высо:кой температуре. Кстати , такие ж е
условия - высокая температура 11 большое дав­
ление - существуют и в глубине Земли. Там
тоже вырастают кристаллы минер алов , в част­
ности кв·арц, только значительно медленнее, чем
в наших лабораториях и заводских установках.
:184
Сжатые газы, так же как пар, растворяют жид­
кости и твердые тела. Инженерам химической
промьш
ш
енности хорошо известно , что газ,
прошедш ий через компрессор , несет в себе мас­
ло, которым смазывают поршни компрессора.
При этом разные газы по-разному загрязняют­
ся такой неж елательной примесью . Ни:какими
фил ьтрами и отбойниками не удается очистить
загрязненный маслом газ . Удалить масло мож­
но , толь:ко охладив газ или снизив давл ение.
Не следует забывать , что речь идет о боль­
ших количествах жидкости , попадающей в газ .
Опыты показали, что , например , 1 м3 этилена
при 2 тыс. атм и 25°Ц растворяет до 3 кг мас­
ла. При 45 °Ц и 300 атм такое же количество
этилена раств оряет до 0,5 кг нафталина, а 1 м3
дв уо:киси углерода - до 200 г нафталина.
Это свойство сжатых газов было исполь­
зовано : предл ожили новый способ разгонки
сложных жидких смесей . Разные жидкости по­
разному раств оряются в газах . При опреде­
ленных давлении и температуре газ растворит
определ енную часть смеси . А затем , снижая
давление, можно выделить из газа растворен­
ную жидкость . При этом происходит изотерми­
ческая перегонка, т. е . перегонка при одной и
той же темпер атуре и переменном давлении.
Вообще же не сл едует удивляться , что жид-
1\ости и тв ердые тела хорошо растворяются в
сжатых газах. Ведь плотность сильно сжатого
газа близка к плотности жидкости . Например ,
плотность азота при 10 тыс . атм и 25° Ц равна
1,25 г/см3, т. е. такой азот может тонуть в воде.
Эта особенность сжатого газа проявляется в
явлении , открытом сравнительно недавно . Ока­
зыв ается , дв а газа, сжатые высоким давле­
нием , не смешиваются , а рассл аиваются на два
слоя , каl\ масло и вода . Граница раздела газо­
r; ых сл оев сфотографирована через прочные
стеl\л а; даже измерено поверхностное натяже­
ние на этой границе.
ДАВ"11ЕНИЕ И ЖИВЫЕ ОРГАНИЗl\IЫ
Увеличение давления до нескольких атмо­
сфер сильно действ ует на организм чел овеl\а
(см . ст . «Человек покоряет океан»). А вот г.11у­
боководные рыбы живут под давлением в сотни
атмосфер и, наоборот, гибнут , когда их вытяги­
вают на повер хность воды . Неl\оторые виды
баl\терий преспокойно выдерживают да вления
в тысячи атмосфер , но гибнут при давлении в
7 тыс. атм : вода в их клетках превращается
в одну из полиморфных модификаций льда и

разрывает их. Это явление навело на мысль о
возможности консервиров ать продукты , подвер­
гая их высокому дав.11ению . Опыты показали,
что , действител ьно , молоко , подвергнутое высо­
кому давлению , долго не скисает , так как
в нем уже . нет живых бактерий молочнокислого
брожения . Давление убивает та�>же ряд болез­
нетв орных бактерий и вирусов .
ПJIАСТИЧНЫЙ l\IPAl\IOP
Давление изменяет свойств а конструкцион­
ных материалов . Сталь, подвер гнутая давлению
в 25 тыс . атм , станов11тся прочнее и более вяз­
кой; хрупкий мрамор становится пластичным:
его можно растягивать , как медь , и сжимать .
Прочность различных веществ , с которой мы
имеем дело в жизни , значительно меньш е той ,
которая должна быть , если ее рассчитать , ис­
ходя из величины межатомных сил , действ ую­
щих в кристаллической решетке. Такое несоот­
ветств ие объясняют тем , что в решетке обычно
нарушен порядок . Представьте себе кирпичную
кладку с шахматным порядком. Если некоторые
из кирпичей пропущены или спутаны ряды ,
то кладка менее прочна, чем правильная .
Предпол агают , что если металл кристалли­
зовать из расплава под высою1м давл ением, то
можно получить правильную кристаллическую
реш етк у, без дефектов, и тогда прочность ме­
таш1а будет значительно выше. Более прочный
металл даст возможность построить аппараты ,
кото рые выдержат еще большее давление .
HA J'RA О BЬICOKllX ДАВJIЕНИ НХ
Исследование веществ при высоких давле­
ниях - увлекательная область науки. Давление
НАУКА, НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
вызывает в веществ ах удивительные изменения .
Многие веществ а, проявляющие себя в нормаль­
ных условиях как изоляторы , при высоком дав­
лении превращаются в пол упроводники, а полу­
проводники могут приобрести свойств а метал­
лов . Теоретические расчеты показывают , что
под давлением в 2 млн . атм тв ердый водород
перейдет в мет аллическое состояние.
После того как давление снято , вещество
обычно возвращается к своей первоначальной
структуре. Но иногда оно остается в новом со­
стоянии . Мы подробно рассказали о том , как
переходит графит в алмаз , а нитрид бора в бо­
разон . При давлении в 160 тыс . атм и темпе­
ратуре 1200-1400 °Ц в новую модификацию
переходит и кварц - он становится вдвое плот­
нее обычного .
Кварц такой структуры в естеств енном
состоянии на Земле не существ ует . Но части­
цы именно такого кварца найдены в круп­
нейш ем метеоритном кратере в штате Аризона
(США) . Следовательно , в лаборатории сумели
изготовить космический минерал ! Этот мине­
рал назван стиповеритом по имени синтезиро­
вавш их его ученых Стишова, Поповой и
Верещагина.
Исследов ания при высоких давлениях цен­
ны не только для науки , у них большое практи­
ческое значение . Синтетические алмаз и бор а­
зон - превосходные материалы для режущих
и шлифовальных инструментов . Искусствен­
ный кварц применяется в радиотехнике .
Превращения и новые качеств а, которые
п роявляются в веществах под действием вы­
сокого
давления ,
изучены сравнительно
слабо .
Мы стоим у порога давлений в миллионы
атмQсфер . Восхождение к вершинам давле­
ния продолжается и сулит науке и технике
много новых открытий .
•
НАУКА, НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
( Терsшдинаиика)
Термодинамика - удив птельная наука.
Физ ик , мечтающий , наприме р, овладеть
неисче рпаемым источником эне ргии - осуще­
ст вить каким-либо путем те рмоядерную реак­
цию , прежде чем начать ра ссчитывать свою
сложнейшую установ1>у, спрашивает у тер­
модинамики, возможен ли задуман·н ый им но-
вый физический процесс в области плазменных
превращений , и, только получив утвердитель­
ный ответ , предпринимает долгий и трудный
поиск . Ученый уверен, что, несмотря на воз­
можные , пока еще непреодолимые трудности,
его работа может увенчаться успехом.
Если химик старается найти пути, как полу-
:180

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
чить новое, небывалое в природе , задума нное
им вещество, ноторое, нан он надеется, должно
обладать замечательными свойствами, очень нуж­
ными людям , то он тоже прежде всего обратится
за советом н термодинамике : можно ли вообще
осуществить задуманную им новую реакцию,
с помощью ноторой он рассч итывает получить
таное вещество. Если термодинамина даст отри­
цательный ответ , химик и пытаться не будет
осуществлять эту реакцию. Работа в этом
направлении не будет успешной : оно без­
надежно.
Геолог, изучающий новое рудное , солевое
месторождение , советуется с те рмодинамикой:
какие минералы он может в нем найти и в наной
последовательности они в этом месторождении
могут залегать.
Биологу термодинамика помогает разо­
браться в бесконечной сложности жизненi'lых
процессов, протенающих в живой нлетке.
Синоптин , предсназывающий погоду, сле­
дящий за движением ци.клонов , за зарождением
ураганов и бурь в океане и в воздухе, исполь­
зует в своей работе ст рогие законы термоди­
намини.
Астрофизик наших дней начинает неплохо
разбираться в чудовищной, еще совсем недавно
казавшейся совершенно недоступной загадоч­
ности явлений в недрах далених миров , внутри
звезд , отстоящих от нас на сотни и тысячи
световых лет . Пожалуй, теперь ученые знают
глубины звезд лучше, чем даже неглубокие
недра земного шара, которые лежат всего в
каких-ни будь десятнах километров под на­
шими ногами. В этом ученым тоже помогла
термодинамик а.
Инженер, задумавший построить новый
двигател ь, прежде подсчитает с помощью термо­
динамики, какова может быть его эффектив­
ность и будет ли он более выгодным, чем суще­
ствующие . От ответа термодинамики будет
зависеть решение - стоит ли над новой машиной
работать.
Термодинамика указала пути, нак созда­
вать новые высокоэкономичные машины, и вот
ста рые паровозы, сотню лет честно трудившие­
ся , начинают исчезать с железных дорог.
Водить поезда стали мощные тепловозы, а они
�озданы и построены на основе термодинами­
ческих расчетов .
Термодинамика научила химиков, как ис­
польз овать неисче рпаемые в воздушном бас­
сейне земного шара запасы аз ота . Во всех
странах мира работают теперь гигантские азотно­
туковые
химические комбинаты,
ноторые
186
извлекают азот из воздуха и прев 1)1iщают его
в удобрения, повыш ающ ие урожаи полей.
Трудно себе представить, что бы было, если бы
проблема синтеза аз отных удобрений не была
решена .
Термодинамина помогла найти решение и
в сказочной, поистине фантастической пробле­
ме - в синтезе искусственных алмаз ов. То, что
в природе рождалось в течение миллионов лет
в неведомые геологические эпохи в неведомых
глубинах, теперь создается в сверхпрочных
аппаратах химиков под давлением в сотню
тысяч атмосфер при температуре в 2000°. Усло­
вия реанции, темпе ратуру и давление, указала
химинам термодинамиl\а.
Термодинамина
замечательная наука.
Она необходима всем . Ни один ученый не мо­
жет обойтись без нее в своей работе . Заноны
термодинамини незыблемы и всеобщи , они
лежат в основе всех отраслей знания , изучаю­
щих все, что существует и развивается в окру­
жающем нас мире.
ЧТО ТА КОЕ TEP)IOДllHAMИ KA
Точное определение той науки, которая
называется термодинамикой, может поназаться
сухим , малоинтересным , узким и скучным . Тер­
модинамин а в своей основе - науна о темпе­
ратуре, теплоте и превращениях теплоты и ра­
боты друг в друга .
Свое название эта наука получила от двух
греческих слов : «терме» и «динамис» . Первое
слово означает «теплота» . Вторым словом рань­
ше выражали различные понятия : силу и ра­
боту.
Что в норе под.J
J
е жит ш1у•1ению
иетода11п териод ина11 иии ?
На этот вопрос нелегко ответить. Все обла­
сти знания , в которых успешно используются
термодинамические методы исследования , пере­
числить просто невозможно . Как бы сложно
ни было :изучаемое явление, н накой бы отрасли
познания оно ни относилось : к любому ли раз­
делу физини - от астрофиз ики до теплофизини
или электронини, к любой ли отрасли химии -
от техничесной химии до сложнейших биохи­
мических процессов - всюду и всегда на иболее
важным , существенным , основным будет пе­
реход, превращение одного вида энергии в
другой вид .

Место термодпнаипк11
среди др�- гпх на!· к
Термодинамика с воеобразна . Она многим
отличается от других научных дисциплин,
изучающих окружающий нас мир. Основанная
на простых наблюдениях , на нес.11ожных опы­
тах , она развилась в удивительно ст ройную
науку, в основе которой лежит. не большое
число основных законов .
Путем строгих логических заключений, ме­
тодами чисто математических выводов термо­
динамиRа устанавливает связ ь между самымn
разнообразными свойствами вещества , позво­
ляет на основании изучения одних , легко изме­
ряемых величин
вычислять другие, важ­
ные и необходимые , но трудно измеримые ил и
даже недоступные непосредств енному измере­
нию. Термодинамика, конечно, может быть по
праву отнесена к физическим наукам, но в ней
суще ствуют разделы: химическая термодина­
мика и техническая термодинамиnа. Это боль­
ш ие самостоятел ьные дисциплины.
ОСНОВНЫЕ ПОННТИН
TEPl\IOДllHAJIHRll
Си сте11ы, которые псе"-.ед�·ет
TC()JIOДИllRИHRR
Ми р, в котором мы живем , полон тайн.
Он неисчерпаем и без граничен. Как бы ни были
велики успехи и достижения наук , изучающих
Вселенную, и в большом и в малом, от необъят­
ности Метагалактиnи до неуловимого нейтрино,
вее равно, чем больше наука познает мир, тем
в се шире раздвигается перед нею неизведанное.
Каждая наука , и термодинамика также ,
изучает свои определенные области, ограничи­
вая их , и выделяя из необоз римой сложности
и многообразия всей совокупности бесчислен­
ных процессов , протекающих в действит ель­
ности. Этим упрощается задача познания неиз­
вестного . Иначе ни одна наука не могла бы
работать.
Те рмодинамика из учает состояния с и с т е­
м ы - некоторого оп ределенного nоличества
вещества. Что такое термодинамическая систе­
ма? Каковы ее свойства? Что называется с о­
стоянием системы?Ответить наэтиво­
просы лучше всего конкретными приме рами.
Для термодинамика, изучающего химические
реакции, системой будет та смесь многих реа­
гирующих; веществ в его приборе , где и про-
Н АУКА, НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
текают сложные химические прев ращения . Уче­
ный-аст рофиз 1ш назовет системой внутрен­
ность гигантской звезды того класса , кото­
рый он изучает . Задив моря, где происх одят
кристаллизация и выделение солей из мор­
ской вод ы, - это тоже система для ученых ,
изучающих с точки зрения те рмодинамики соле­
вые равновесия.
Перегретый пар под порш нем па ровоза,
вз рывчатая газ овал смесь па ров горючего с
воздухом в цилиндре дв игатеJ1л автомашины,
пары сверхвысокого давления в котлах тепло­
вой электростанции - все это различные систе­
мы, свойства и состояния которых изучаются
термодинамикой.
Не следует думать, что сист емы, которые
ученые изучают методами термодинамики, обя­
зательно должны быть ограничены реальными
твердыми: стенками: например, бронированными
ст енками колонн, в которых проводится син­
тез при высоком давлении на химическом заво­
де , стенками стеклянной колбы в лаборатории
химика, стальным цилиндром в двигателе паро­
вой машины.
Исследователь может выделить изучаемую
им систему воображаемыми мысленно грани­
цами: он может рассматривать образ ование
облака в атмосфере , процессы, происх одящие
в живой клетке организма, состояние вещества
внутри звезды, следить за процессами, проте­
кающими в реакторных трубах сложнейшего
химического производства .
Систе11а пе может быть
6есконеч1ш lt
Термодинамика может изучать любые си­
стемы , но одно условие обязательно : система
должна быть конечной . Она может быть нич­
тожно малой, такоii , как , нап ример, живал
клетка, может быть гигантски большой, I\ ак
звезда . Но система, изучаемая термодинамикой,
не может быть бесконечной. Это очень важно.
Поэтому выводы термодинамики не применимы
ко Вселенной в цел ом.
Ее законы нельзя распространять не толь­
ко на всю бесконечную Вселенную , но даже
и на значительные области Вселенной, по­
скольnу процессы в них в сильной степени
определяются полями тяготения.
Размеры систем, для которых применимы
законы термодинамики, не могут быт ь и очень
малыми. Эти законы утрачивают смысл для
систем, состоящих всего из нескольких молекул.
:137

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Состоя1ше и свойства систеиы
Состояние системы определяется темпера­
турой, давлением и объемом. Эти свойства
системы хорошо всем знакомы, но они далек о
не простые . Состояние одного моля водорода ,
килограмма водяного пара, кубомет ра любого
газа, воды, любой жидкости, кристалла, самой
сложной смеси реагирующих веществ пол­
ностью характеризуется соответствующими
значениями свойств системы. Иногда ученому­
термодинамику приходится принимать во вни­
мание , учитывать и внешние воздействия на
систему, от которых может зависеть ее состоя­
ние : силу тяжести (например, при изучении
свободной атмосферы) , электрические или маг­
нитные поля.
Состояние системы - это совокупность ее
свойств . Изменилось состояние системы .­
изменились и значения ее свойств . Восстано­
вилось снова прежнее состояние - восстано­
вились прежние значеНf! Я ее свойств . На на­
ст оящем состоянии системы ее прошлые состоя­
ния не отражаются . Вода остается той же
самой водой, если ее заморозить, а потом
растопить лед или сначала испарить, а потом
ск онденсировать пар. Изменение свойства не
зависит от пути перехода системы из началь­
ного состояния в ионечное . Очень важно , что
справедл иво и обратное утверждение : если
при переходе системы из одного состояния в
другое изменение некоторой величины не зави­
сит от пути перехода, а определяется только
начальным и ионечным состояниями системы,
то эта величина - свойство системы .
Вероятно, у многих может возникнуть во­
прос: зачем нужно говорить о простых вещах
так неопределенно, туманно и неясно . Если
ученый изучает воду, так пусть он ее водой
и называет ; если серную иислоту, пусть так
и говорит - кислота . Так, казалось бы, долж­
но быть яснее и проще .
Дело в том, что термодинамика очень эко­
номная наука. Если термодинамика дает урав­
нение для расчета химической реа1щии, то оно
справедливо не только для иакой-нибудь одной
реакции, но и для всех химических реакций ,
где бы они ни протекали, нем бы ни прово­
дились, при каиих бы условиях ни осуществ­
лялись и иа�ше бы вещества в этих реакциях
н и принимали участие. Непреложные термо­
динамические законы о работе тепловых машин
применимы но всем тепловым двигателям , иак
бы они ни были построены , на иаком бы прин­
ципе они ни работали, даже п и тем теп.'Jо-
188
вым машинам которые когда-нибудь будут
из обретены . Вот поэтому tак гораздо правиль­
нее и точнее выражается эта замечательная осо­
бенность термодинамики: она изучает состоя­
нияисвойства термодинамической
с и с т е м ы вообще, любой, какой угодно.
Урав11енuе с остоян и я
И химику, и теплотехнику, и физ ику, и кон­
структору новых иосмических кораблей мало
знать общие закономерности поведения системы
вообще . Им нужно рассчитывать совершенно
конкретные задачи : один хочет знать, с по­
мощью какой химической реакции он сможет
получить новое соединение дешевле и проще ;
другому необходимо еще более повысить коэф­
фициент полезного действия у двигателя; фи­
зик, например, мечтает достичь настолько
высоких температур, чтобы можно было осу­
.ществить начало термоядерной реакции ; кос­
монавтам необходимы еще более тяжелые к ос­
мические I{ орабли, и им нужно новое топли­
во, еще более мощное и с бол ьшим тяго­
вым усилием .
Это примеры очень важных , имеющих ог­
ромное значение процессов, в них принимают
уч астие определенные реальные вещества .
И свойства этих веществ должны входить в тер­
модинамические расчеты.
Для этого нужно знать уравнение состояния
вещества . Его нел ьзя получить при помощи
термодинамики. Оно должно быть найдено дру­
гим, независимым путем - либо точными из­
мерениями, либо теоретически.
Уравнение состояния необходимо термоди­
намике знать заранее , без него опа ничего
не может рассчитать. Оно позволяет рассчи­
тать для определенного вещества любую из
четырех важнейших величин-количество веще­
ства (т), его объем ( v), давление (р) или тем­
пературу ( Т ), если известны три остальные ве­
личины :
F(m, v, р, Т)=О.
Удобнее рассматривать всегда один моль га­
за, тогда уравнение состояния будет проще :
F(v, р,Т)=О.
Каждый школьник знает уравнение состоя­
ния идеальных газов, его вывел впервые петер­
бургский профессор француз Клапейрон:
pv-RT=О.

Это уравнение хорошо описывает поведение
одн ого грамм-моля любого газа при малых
давлениях и высоких температурах. Оно очень
простое , что сильно об.11егчает расчеты, и доста­
точно точное , поэтому его очень часто приме­
няют . Этому замечательному уравнению под­
ч1шяются и воздух, которым мы дышим, и
раскаленные газы в топках, и плазма внутри
звезды, и даже электроны в металле. Выведено
оно при допущении, что молекулы газа представ­
ляют собой материальные точк и: обладают
массой, но не имеют объема и никак не взаимо­
действуют между собою. Поэтому оно и на­
звано уравнением состояния идеальных газов.
Такое допущение определяет область, в ко­
торой применяется это уравнение : при низком
давлении газ занимает настолько большой
объем , что объемом самих молекул можно
смело пренебреч ь, а при высокой температуре
молекулы обладают такой большой энер гией
и такой большой ск оростью, что взаимное при­
тяжение не влияет на их движение .
Конечно , в действительности нельзя пре­
не брегать ни собственными размерами моле­
кул , ни их взаимным притяжением . Истинный
св ободный объем , в котором могут двигаться
молекулы, будет меньше объема самого газа,
так как часть этого объема занимают сами
молекулы ( v -b), а давление, под которым на­
ходится газ , несколько больше внешнего дав­
ления, потому что из-з а межмолекулярного
притяжения газ испытывает как бы дополни­
тельное сжатне :
а
р+V2•
Поправка к давлению должна быть тем
больше, чем ближе друг к другу находятся
молекулы в газе, чем более он сжат, чем мень­
ший объем занимает. Эта поправка обратно
пропорцпона.11ьна квадрату объе ма : чем он
меньше , тем ближе друг к другу молекулы и
тем больше притяжение , а кроме того, самих
молекул в единице объема больше .
Эти поправки ввел в уравнение иде ального
газа голл андский ученый Ван-дер-Ваальс. Он
предложил уравнение
(р+:2)•(v-Ь)-RT =О,
которое называется его именем или уравнением
реальных газов . R здесь постоянная, которая
зависит от количества газа . Это уравнение гораз­
до более точно, чем уравнение Клапейрона,
НАУКА, НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
v
11
1'1
J1
11
t.v, ----1-- -
1{
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2v. ---т --1--------
'
1
"
v,
Р,f!.g
в4
v
::!.
._
=CoQSI
т
PV= RT
pv • Const
1
1
1
1
1
р
1
Р,
р,
2
П=Corut)
р
�-сомt
т
т
(V-Const )
Рис. 1. Графики уравнения сост ояния идеального г аза.
На верхнем изображена зависимость объема от давления при
постоянной температуре. Вниау - графики зависимостей
изменения объема и дав:�ения от темпер&Т)'ры. Этому урав­
нению подчиняется и воздух, только , конечно, нужно учи-
тывать изменение температуры с высотой .
и применимо в значительно более широких
пределах при изменении температуры и дав­
л ения . Поправки «а>> и «m> определяются из
опытных данных . Изучив отклонения от иде­
ального газа в изменении объема газа при
сжатии, можно даже довольно точно оценить
размеры его молекул .
Знать уравнение состояния очень важно
для термодинамики, без него опа бессильна
:139

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИ Я
р
60
40
lO
1
1
1
1
1
1
1
1
1
..
._
�--.--j,_
_
������������ v
о
1 /0.1
0,2
\J
0.3
0.4
-литры
Рис. 2 . Графш; ура nис1111я еостолюш рса.1ьного газа. Кр11 -
выс на графике пср"дают заn11с11мость между объемом и давле­
нием для углею1е.1ого газа при разных температурах. П ри
высоких температурах зто уравнение п ереходит в урав11е1111е
идеального газа . Ниже кр11тичееко й температуры (304 °К) зто
уравнение передает сосуществование газа 11 жидкости. П ра­
вая ветвь каждой кривоit соответствует газообразной углекие­
.1оте , лекал - жидкой . Гор11зонтальныi1 участок - смеси пара
и ж1rдкоет11 . Нанесенные пункт11ром ч11ет11 кр11вых нереали­
ауемы; ои11 соответствуют нестаб11льным состояниям. Неболь­
m11с отрезки над горизонтальной прямой 11 под ней соответ-
ству ют псрсох.чажденному пару 11 11 t>регретой ж11дкост 11.
при всем своем могуществе . Rроме двух приве­
денных уравнений состояния, были предложены
десятк и, а может быть , даже и сотни различных
форм уравнений состояния , описывающих пове­
дение различных веществ с возможно большей
степенью точностн. Многие нз них по необхо­
димости весьма сложны , п рассч итывать по ним
очень трудно п утомительно. В таких случаях
приходится составлять с помощью этих урав­
нений числовые таблицы, чтобы облегч ить прак­
тические расчеты .
Таким образом, в совокупности свойств,
характеризующих состояние спстемы, нельзя
произвольно менять значения всех свойств .
Эти значения связаны между собой уравнением .
Уравнение состояния обязател ь но нужно знать,
только при этом условии возможно успешно
использ овать замечател ьный математический
аппа рат термодинамшш.
Процесс
Изменение состояния систем ы наз ывается
процессоllI. Этооченьширокоеиочень
важное понятие . В теплое ут ро вла жный воз­
дух над озером, нагретый лучами солнца ,
высоко поднялся над землей н, расши рившись ,
охладился ; влага , нах одившаяся в не�\1 , начала
нонденсироватьсн
мы набл юдаем процесс
образования обла ка. В печи весело пот рески-
Рис. :J. Ураnненне состоян11я водяного пара; R - постоянная 11з ура11
11
ен11я 11деальных газов; в с л11•1 11ны п 11 " взяты
ва уравнсн11я Ван-дер-Ваальеа. Вел 11•111ны с" с" m., и m, рассчитываются из опытных данных; N - •1 11 с.чо молек ул в
одн11м грамм-моле . <)то уравнение 11ол учено советским учсн ым-термодинамиком Вукаловнчем, и по нему сост авлен ы са­
мые точные в >�ире таблицы свойств водяного пара. Этими таблицами пользуютс я инженеры и конструкторы , когда
раес•шты вают и создают э л ектростанции, турб11ны , котельные уетановю1 , паровые дв>1гател11 .
Уравнен11е с
.
оетояния оч<'Нь с.1ожно, 11 расчеты по нему трудны . Но не следует бояться трудных форму.1. Природа откры­
вает свои тайны тем храбрецам , которые не испытывают страха 11сред сложными расчетами.
140

НАУКА, НЕОБХОДИМА Я ВСЕМ
в
А
с
I
Рис . 4. 1 . Во:щушное «огниво» , изобретенное в 1803 г. Тр3·бка А закрыта с одного конца и снабжена поршнем В.
Когда поршен ь быстро вдавливается, воздух в трубке силыш нагревается. Трут С воспламеняется . 11 . Современное
газовое «огии nо» . В стальной трубке А может перемещаться стальной поршень В. В трубке находится газ при
атмосферном давлении. Когда затвор С открывается , сжатый воздух выходит из сосуда D и сообщает ускорение пор­
шню в. Поршень приобретает скорость в несколько десятков метров в секунду и ад иабати чески сжим ает газ в трубке А.
В зависимости от давления во3духа в D газ в трубке А нагJ)t'вается до 8000 -10 000°Ц , и цав.�ение его повы шается до
7000 -10 ООО атмосфер.
в ают дрова , согревая комнату,- это процесс
химической реакции соед инения с кислородом .
Гигантский нзрыв на выброс, за тысячные доли
секунды он про1-шадывает десятки километ ров
но вого канала ,- это тоже процесс : химическая
реакция разложения вз рывчатки и последую­
щее расширение образ овавшихся при реакции
газ ов. Образование перегретого пара высокого
давления в паровом котле, его расширение
в турбине , охлаждение в конденсаторе - все
это процессы , обеспечивающие р аботу сверх­
мощной элект ростанции.
Окружающая среда
Системы, которые изучает термодинамика ,
осотя и содержат оп ределенное и постоянное
количество вещества , совсем не из олированы
от окружающе го мира . Чтобы в рею\торе хи­
мика могла успешно протекать нужная ему
реакция, он должен предусмотрет ь, каким спо­
собом будет нагреваться ил и, наоборот , охлаж­
даться реакционный аппарат. Пар, расши­
ряясь в цилиндрах паровоза, движет пор­
шень, это движение пе редается на колеса , и
тяжелый состав отправляется в путь. Воздух ,
нагретый у земной поверхности лучами солнца ,
поднявшись вверх, расширяется и раздвигает
слои атмосферы на большой высоте, где дав­
ление понижено: образуется облако.
Термодинамика изучает процессы, в кото­
рых система не обменивается веществом с окру­
жающей средой, но может обмениваться теп­
лотой и работой. Такая система называется
закрытой . I\ак преде.'lьный случай, система
может быть по лностью изолирована от ок ру­
жа ющего мира и не обмениваться с ним ни ве­
ществом, ни работой, ни теплотой.
Наибо.J
J
ее ванс11ые процессы
Среди множества разнообразных процессов
неК'Оторые , наиболее простые , име ют особо важ­
ное значение для термодинамики. Из них здесь
необходимо упомянуть два вида термодинами­
ческих процессов:
1. Те, которые првтекают при пост оянной
температуре , носят название из оте р м и­
ч е с к и х. Таких процессов и в природе,
и в технике очень много. Из отермически, на­
приме р, тает лед. Почти все процессы в живом
организме протекают при постоянной темпера­
туре . Химикам часто уд обно осуществлять свои
реакции при неизменной температуре .
2. Те процессы, которые протекают без
обмена теплом с окружающей средой, назы­
ваются
адиабатическими.
Часто
адиабатичеооим путем протекают очень быст­
рые процессы , когда система не успевает обме­
няться теплом с окружающей средой.
141

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Если вы заставите расшириться газ , поме­
ще нный в термос, ему придется расширять­
ся адиабатическим путем . При этом газ охла­
дптся. Один француз ский рабочий-оружей­
ник прпдум аJI в 1803 г., когда еще не был и
из обретены спички, «воздушное огниво» - за­
крытую с одного конца трубку с порш нем .
Очень быст рое и сильное сжатие воздух а
в «воздушном огниве» приводит газ в раска­
ленное состояние , и трут, прик репленный н
поршню, воспламеняется. Это тоже адиабати­
ческий процесс.
Конечно , п при из отер:о1шч есних п при адиа­
батических проце ссах система взаимодействует
с ок ружающей средой.
Прп пзоте рмическпх процессах система, со­
вершан работ у или изменяя состояние , погл о­
щает пз ОJ\ ружающей среды тепл оту - ровно
стол ы; о тепл оты, ч1 о те�шература внут ри 'с 11-
стемы остается постоянной. При адиабатпче­
ских процессах систем а взаимодействует с
ок ружающим миро!>r , толы> о совершая работу.
Теипература
Ощущения тепла и прохлады, жа ры и холо­
да присущ и человену. Лишенный термических
ощущений , он не выжил бы в земной обстанов -
ке. Однако понятие
температура
трудное и тонное понятие.
Историю термодинамик и, собственно говоря,
можно начать с изобретения Га лю1еем в 1592 г.
простого устройства
термоскопа . Челове­
чество дол жно быть гл убоко бла года рно Га ли­
лею за его гениальн ую пдею - судить об изме­
не ниях температуры по изменениям другнх
свойств тела. Сам Гал и лей предл ожил изме­
рять температуру по расширению воздуха .
В его первом термоскопе показания искажа-
'J' allнa вихря
Р11с. 5. Термоскоп Га,111л1>я .
лись · из менением барометричес1.;ого давления .
Вскоре был изобретен газовый термоскоп по­
стоянного объема, он оказался значительно
более чувствительным п точным .
Вместо воздух а трубку стал и заполнять
жидкостью : сначала водой, потом спиртом и,
наJ\онец , ртутью. Ртуть оказалась на столько
уд обной, что один физик XVIII столетия за­
явил в порыве восторга : «Определенно, природа
созда:1а ртуть для изготовления термометров ...»
Триста лет назад флорентинские академики
от J\рыли, что в смеси воды и льд
.
а температура
Страшен смерч в океане . Вихрем
до самого
неба поднимает воду
из морской пучин ы. Беда , если не­
осторожный капитан не успеет уве­
сти свой корабль с его п;vт11 . Еще
страшнее смерч в пустыне . Гигант­
ские воздушные в11хри несут горы
горячего песка , вырывают с кор­
нями деревья , разрушают дома , могут
унести из каравана путника вместе
с верблюдом . По древней легенде ,
храбрец , повстреча вший в пуетыне
смерч на своем пути , д олжf' н смело
к нему подскакать и, не дрогнув , мет­
нуть в него кинжал : смерч исчезнет,
а на стальном леав11 н останутся кап­
ли холодной росы - это «кровь шай­
тана•> , пораженного смел ым воином.
Удивительно , как часто скрывается
истина в старых поэтических легендах.
Может быть, сотни лет знали жители
пустынь о сильном холоде в серед11не
вихревого столба смерча. Но учен ые­
физики сумели подметить зто заме-
чательиое явление С.()Всем недавно .
Оказы вается , во всяком воздушном
вихревом движении температура на­
р�·жных слоев в11хря выше, чем в ок­
ружа ющем воздухе , а в центре зна­
чительно ниже. И хотя до сих пор
теоретики еще не смогли до конца
понять и объясни ть прич11ну этого
· эффекта и его механизм далеко нс
ясен , инженеры заставили «шайтана
смерчей пустыни » послушно рабо­
тать в холодильных установках.
142

пос.тоянна . Спустя 50 лет стенлодув Фаренгейт
уста новил , что те11
1
пература кипения воды оста­
ется постоянной, если давление не меняется .
Эти две постоянные темпе ратурные точки дали
возможность проr\алибровать термоскоп, что
и превратило его в термометр.
Первое время, чтобы измерять столбик
тпдкост:и , расш иряющейся при нагревании,
дел или расстояние 11
1
ежду двумя точками -
от точки плавления льда до точни rншения во­
ды - на произвольное число ра вных частей.
В 1742 г. Цельсий предложил делить расстоя­
ние между этими точна.ми ровно на сто частей,
он обозначил температуру плавления льда нак
сто градусов , а температуру 1ашения воды
как нуль градусов . Но вскоре эти обозначения
поменяли местами. Этой шкалой пользуются
уже более 200 лет почти повсюду в мире. Она
удобна , проста и практична .
Что же поиа аыва ет тер11 оиетр ?
Нажется , что это в сем ясно - температуру!
А что такое температура?
Очень хорошо сказал по этому поводу один
физии : «Гораздо легче произ водить измере­
ния , чем точно знать, что измеряется)) .
И почти три сотни лет измеряли повсюду тем­
пературу, но тоJrько совсем недавно, в нонце
прошлого столетия , стало окончател;ьно ясно,
что такое темпе ратура.
А в самом де:rе, что же показывает те рмо­
метр? Стоит еще раз про·следить, нак вознинло
понятие «температура)) . Ногда-то думали: если
становится жарко, то это потому, что в теле
повышается соде ржание теплорода . Латинское
слово «температура» означало «смеем . Под тем­
пературой тела понимали смесь из материи тела и
теплорода тела . Затем понятие самого теплорода
был о отброшено кан ош ибочное , а слово «темпе­
рату рю) осталось.
Добрые две сотни лет в науке сох ранялось
ст ранное положение : случайно выбранным
свойств ом (расширение) случайно выбранного
вещества (ртуть) и шкалы, установленной по
случайно выбранным постоянным точкам (плав­
ление льда 11 нипение воды) , измерялась вели­
чина (температура) , смысл слова «температу­
ра », строго говоря , никому не был понятен .
Но ведь термометр все-тани что-то пока­
зывает? Если от ответа потребоnать необхо­
димую строгость и точность, то на таной во-
НАУКА, НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
Р11с.
6. Воздушный термо-
скоп
постоянного
объема,
изобретенный в 1702 г. Воз­
дух в шаре (его диаметр при­
мерно 8 см) отсечен от внеш­
него воздуха ртутью, находя ­
щсiiся в нижней част11 шара
и в узкой трубке (ее дwаметр
примерно 1 мм) . Давление в
шаре изменялось , когда изме­
нялась температура. Происхо­
д11ло это практически при по­
стоянном объеме воздуха. Со­
временные гелиевые
термо­
М<'тры работают тоже при по­
стоянном объеме.
Рис. 7. Жидкостные те рмоскопы XVII . в. Двести л ет назад
приборы , отмечавшие изменение температуры , делались
красивыми , но форма шарика у резсрвуар11 для жидкости
была неудачна. Такая форма замедляет наступление термиче­
ского равновесия между термоскопом и исследуемым тело·м .
При заданном объеме шар из всех 1'еометрических фигур име­
ет наименьшую поверхность. « Шарик » современны х жидко-
стных термометров - сплющенный вытянутый цилиндр.
1.48

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
прос придется ответить так: ничего, кроме
уд.11инения в сто.'I бике нагретой ртути.
Ну а если ртуть заменит ь другим вещест­
вом : газ ом или каким-либо твердым телом,
которое также расширяется при нагревании ,
что будет тогда? Что будут показывать по­
ст роенные на иной основе термометры?
Представим себе , что такие термометры
мы сделали. Одни из них мы заполнили ртутью,
воздухом , другие изготовили целиком из желе­
за, меди, стекла . Точно установим на каждом
из них постоянные точки: в та ющем льду 0 °,
в кипящей воде 100°.
Попробуем теперь измерять температуру.
Окажется, что, ногда воздушный термометр
покажет , например, 300 °, другие термометры
будут показывать:
ртутный 314,1°,
желез ный 372,6°,
медный 328,8°,
ст еклянный 352,9°.
Rакая же из этих « ! емператур» правильна :
«воздушная» , «ртутная» , «железная» , «медная»
или «стеклянная»? Ведь каждое из испытанных
нами веществ показывает свою собственную
температуру. Еще интересней повел бы себя
«водяной» термометр. В пределах от 0° до 4° Ц
он показывал бы при нагревании понижение
температуры.
Можно , конечно, попытаться выбрать вме­
сто теплово1'0 расширения какое-нибудь дру­
гое свойство вещества , изменяющееся при на­
гревании. Можно, например, построить термо­
метры на основе изменения (при нагревании)
упругости пара жидкости (например, спир­
та) , электрического сопротивления (например,
платины) , термоэлектродвижущей силы (термо­
пара) . В наше время такие термометры широко
применяются в технике .
При условии предварительной калибровки
по двум постоянным точкам такие термометры,
например, при 200 °Ц будут показывать: спир­
товой (по упругости пара) 1320 °, платиновый
(по сопротивлению) 196°, спай платины и спла­
ва ее с ·родием (термопара) 222 °.
Так какая же из всех· этих разных «тем­
ператур» настоящая? Rак и чем нужно изме­
рять температуру?
Прежде чем ответить на эти вопросы, сле­
дует уяснить себе самое важное в них - их
точное содержание и смысл : <(чем нужно изме ­
рять температуру )) • Почему такой «простой»
вопрос вообще может возникать?
Чем мы измеряем длину? Метрами. Метр -
это длина линейки эталона , который ученые
:1.44
очень бережно хранят , чтобы он ве пропал
и не испортился . Чем мы измеряем объемы?
Можно измерять литрами. Литр - это о бъем ,
равный одному кубическому децимет ру. А чем
мы измеряем температуру?
Эти вопросы совершенно сходны, но ответы
на них принципиально различны . Если мы
сольем в бочку несколько веде р холодной
воды , то бочка будет заполнена водой . Сумма
объемов воды в ведрах будет равна объему
бочки. Но сколько бы холодной воды вы н и
влили в бочку, горячей воды при этом не полу­
чится . Рассуждение это совсем не смеш но
и не наивно, и факт этот вовсе не очевиден сам
собой . Это очень важный закон природ ы,
к которому мы просто привыкли, потому что
знаем его из опыта. Из нескольких коротких
палок можно составить одну длинную, соеди­
нив их между собою встык . Но нел ьзя с:южить
температуру раскаленного угля из печи и тем­
пературу куска льда . Раскаленный уголь от
этого не станет более горячим.
Измерять темпе ратуру, подобно тому нак
измеряют длину, объем , массу , нел ьзя потому,
что температуры не складываются . Невозможна
такая единица температуры, которой можно
непосредственно измерять любую температуру,
подобно тому как метром можно измерить
любую длину. Объем, длина , масса - примеры
экстенсивных свойств системы. Если железный
стержень разделить на несколько частей, тем­
пература каждой из них от этого не изменится .
Температура - пример интенсивных свойств
системы. Непосредственно установить число­
вое соотношение между различными темпера­
турами невозможно и бессмысленно .
Но ведь из мерять темпе ратуру необходимо.
Так как же ее измерять, если ее нел ьзя изме­
рить методом, пригод ным для измерения экстен­
сивных вел ичин?
Для этого возможен только од ин путь -
использовать объективную связь между темпера­
турой и любой экстенсивной величиной: изме­
нением объема, длины , отклонением стрелки
гальванометра и т. п .
Поэтому ответ на вопрос - какая из .
_
пере­
численных выше различных «темпе ратур» на­
стоящая - межет показаться с первого раза
странным: все они равноправны. Любое свой­
ство системы, зависящее от температуры, 11ю­
жет бъг
г
ь выбрано для ее характеристики _и
измерения.
Те рмодинамика сумела указать способ и
вещество, которое поз воляет осуществить тем­
пературные измерения наиболее целесообразно.

Это - Иде альный газ . По его расширению при
постоянном давлении или по росту давления
при постоянном объеме могут быть проведены
наиболее целесообразно измерения температуры .
При таком способе измерения бесчисленные
выражения для любых закономе рностей в при­
роде становятся наиболее простыми.
Но у идеального газа есть один существен­
иый недостаток : такого газа нет в природе .
Дав.Jiе11и е
Насколько сложно 11 трудно понятие о тем­
пературе , настолько просто и ясно понятие
«да вление�>. Его хорошо знает любой школьник
из самоrо начального уче бника физики. Да­
вление - эт о сила, действующая на единицу
площади поверхности. Направлено давление в
случае газо в и жидкостей всегда перпендику­
лярно к поверхности. Понятие «давление» мож­
но приложить к твердым телам, но с.'!едует пом­
нить, что свойства твердых тел могут зависеть от
направления, в котором действует давление
(наприме р, пьезоэффект) .
В термодинамике давление и температура -
два основных, главнейших параметра , опре­
деляющих состояние термодинамической систе­
мы. Это определение означает , что одно и то же
количество вещества при одних и тех же зна­
чениях температуры и давления занимает всегда
один и тот же объем . Правда , необходимо до­
бавить : это определение справедливо, когда
в системе достигнуто равновесное состоя­
ние .
Химику очень полезно знать, что один
грамм-моль любого газа при 0° Ц и при дав­
лении в 1 атм занимает объем , равный при­
близ ительно 22 ,4 литра . Это стоит запомнить.
Теп.Jiота
Наверное, не одна сотня тысяч лет про­
текла с тех пор, как наши далекие предки
впервые познакомились с огнем и научились
сами получать теплоту. Каждый из нас грелся
у горячей печки и мерз в стужу. Казалось бы,
что может быть теперь привычнее и понят­
ней , чем так хорошо знакомая всем теплота .
Но вопрос - что такое теплота - далеко
не так прост . Правильный ответ на него был
найден наукой совсем недавно. Долгое время
ученые даже не замечали всю сложность этой
проблемы.
о10д.э.т. ·3
НАУКА, НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
Первое истолкование природы теплоты было
основано на бесспорном и очевидном как буд­
то бы факте : при нагревании тела его темпера­
тура повышается - следовательно, тело полу­
чает теплоту. При остывании, охлаждаясь,
тело ее теряет . Поэтому всякое нагретое тело
представляет собой смесь того вещества , из
которого оно состоит, и тепла . Чем выше
температура тела, тем больше в нем приме­
шано теплоты . Тепе рь уже мало кто помнит,
что слово «температура>> в переводе с латинского
и означает «смесЫ> . Когда-то, например, о
бронзе говорили, что она - «температура олова
и меди» .
Два совершенно различных объяснения, две
гипотезы о природе теплоты спорили между
собой в науке почти два столетия.
Первую из этих гипотез высказал в 1613 г.
великий Галил ей. Теплота - это вещество. Оно
необычно. Оно способно nроникать в любые
тела и выходить из них . Тепловое вещество,
иначе теплород, или флогистон, не порождается
и не уничтожается, а только перераспределяется
между телами. Чем его больше в теле, те!\1 тем­
пература тела выше . Еще не так давно говори­
ли-«градус теплоты» (а не температуры) , считая,
что термометр измеряет крепость смеси из ма­
терии и теплорода . (До с их пор еще сох ранился
обычай мерить в градусах крепость вина -
смесь воды и спирта .)
Вторую гипотез у, сове ршенно, казалось бы,
отличную от представления Галилея, выска­
зал в 1620 г. знаменитый философ Бэкон. Он
обратил внимание на то, что было издавна
известно любому кузнецу: под сильными уда­
рами молота становится горячим холодный
кусок железа. Известен способ получения огня
трением. Значит , уда рами и трением можно
произвести теплоту, не получая ее от уже
нагретого тела . Бэкон из этого заключил , что
теплота есть внутреннее движение мельчайших
частиц тела и температура тела определяется
скоростью движения частиц в нем . Эта теория
получила в науке название меха нической тео ­
рии теплоты. Для ее обоснования и развития
очень много сделал гениальный Ломоносов .
При коренном расхождении обе гипотезы
имеют немало сходства : из теории теплорода
следовало, что термометр измеряет количество
тепл орода, содержащегося в теле, согласно же
механической теории тепла, те рмомет р Пока­
зывает количество движения, соде ржащегося
в теле . Согласно обеим теориям, должен суще­
ствовать абсолютный нул ь температуры. Он
будет достигнут тогда , когда , по теории тепло-

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
рода, от тела будет отнят весь теплород, а по
мех а нической теории - когда тел о потеряет
все содержащееся в нем движение.
Теория теплорода почти два века господст­
вовала в науке . Она проста и наглядна. Но она
ош ибочна . Точное взвешивание тел при разных
температурах показало, что теплота невесома.
Невесомость теплоты хорошо согласовывалась
с механическ ой теорией тепла. Тогда думали,
что движение ник оим образом не может по­
влиять на вес тела. Правда , теперь мы знаем ,
что это не точно. Энергия , согласно закону
Эйнштейна , должна обладать массой и, сле­
довательно, тоже «весит» ; только соответствую­
щая прибавка в весе лежит далеко за пределами
даже современной точности взвешивания.
Не следует смешивать теплоту с тепловой
энергией тела . Те пловая энергия тела опреде­
ляется кинетич еской энергией движения его
молекул . Но теплота (это очень важно) д�ле­
ко не равна тепловой энергии. И еще более
важно, что тепл ота вообще не соде ржится в
теле. Теплоты от дров , Fор.ящих в печи , в дрова х
вообще не было. Теплота только поступает в тело
или уходит из него.
Совсем не трудно подсчитать количество энер­
гии хаотического теплового движения в систе­
ме, состоящей из молекул перегретого водя­
ного пара,- это и будет его тепловая энергия .
Но количество теплоты , которое может выде­
литься из этой системы при ее охлаждении,
совсем не равно тепловой энергии: сначала
охладится пар, потом он начнет конденсиро­
ваться в жидкую воду, затем охладится вода
и, наконец, вода замерзнет . Те плота же испа­
рения воды и теплота плавления льда очень
велики. От перегретого пара, таким образом,
:можно получить гораздо больше теплоты, чем
в нем содержится тепловой энергии.
Поэтому, ст рого говоря, обе гипотезы не
верны - ни представление о теплоте как о теп­
ловом веществе, ни :меха ническая теория тепла.
Вторая из них подтверждена опытом , но она не
имеет никакого отношения к теплоте и касается
только тепловой энергии, а это не одно и то же .
Работа
Совершать механическую работу - это зна­
чит преодол евать или уничтожать сопротив­
ления : молекулярные силы, силу пружины,
силу тяжести, инерцию материи и т. д. Исти­
рать, шлифовать тело, разделять его на части,
поднимать грузы, тянуть п о дороге повозку,
1.48
по рельсам - поезд, сжим ать пружину - все
это значит совершать работу ; это значит
преодолевать в течение нек оторого времени
сопротивление . Совершать работу - это значит
преодолевать соп р отивление газа, жидкости,
твердого тела, кристалла. Сжимать га з, жид­
кость, кристалл - это значит совершать работу.
Одним и тем же именем «работа» названы
несх одные явления, но за внешними различия­
ми надо видеть общие основные черты . Работа
связ ана с движением : груз поднимается, по­
возка перемещается, поршень скользит в ци­
линдре двигателя. Без движения нет работы.
Работа связана с упорядоченным движени­
ем . Весь груз пе ремещается вверх . Вся повозка
движется по дороге в одном направлении. В есь
поршень в одном направлении движется в ци­
линдре . Работа невозможна без двух участ­
ников . ·
Для поднятия одного груза должен
опуститься другой груз , должна расп рямиться
пружина , должен расшириться газ . Оба участ­
ника движутся упорядоченно. Ра бота - это
передача упорядоченного движения от одной
системы к другой.
Не следует думать, что работа может быть
связана только с механическим движением .
Работа может совершаться и при изменении
электрическ ого или магнитного поля.
Способность системы совершать работу,
конечно, очень важна для термодинамики. Но
какую именно работу может совершить систе­
ма - это для термодинамики несуществен но. 1\ак
именно данную работу можно рассчитать и как
ее измерить, должна сказать другая наука.
Определение механич еской работы дает
:механика. Это определение знает каждый
школьник : работа (А) равна произведению
силы (F) на путь (l).
Если же сила непостоянна , то приходится
подсчитывать величину работы на каждом до­
статочно малом участке пути (математики гово­
рят - на бесконечно малом), на котором силу
можно считать постоянной
dA = Fdl,
и затем просумм ировать бесконечно малые
значения работы по всему пройденному пути :
'·
А=J. Fdl.
Тем , кто еще не отучился пугаться математи­
ческих формул, полезно запомнить, что знак
интеграла J - это просто вытянутая буква S -
начальная в слове «сумма».

В физической химии часто рассматриваются
процессы, связ а нные с дроблением вещества
в тонкий порошок (в пыль) или с возникно­
вением из пара новой фазы тумана или дыма .
При таких процессах возникает огромная но­
вая поверхность множества мельчайших ча­
стиц , и на ее образование должна быть затра­
чена немалая работа. Эту работу нельзя не
учитывать. Она равна произведению поверх­
ностного натяжения ( а) на площадь новой
поверхности (S) :
s,
dA = adS, следовательно, А = J а dS.
s,
Такая работа затрачивается и при выдувании
мыл ьного пузыря .
Теплотехника при подсчете работы любых
тепловых машин пол ьзуется величиной работы
расширяюще гося газа, например водяного пара
в цилиндре паровоза или в турбине . Этот
оче нь важный вид работы измеряется произве­
дением давления газа на изменение его объема:
"•
dA=рdv; А=Jрdv.
v,
Электрохимия , например, знает другой вид
работы . Электрическая работа аккумулятора
l'iЛИ гальваническ ого элемента равна произве­
дению электродвижущей силы (Е) на изменение
зар1ща (q) :
q,
dA=Edq; А=SEdq.
'
Полезно заметить и запомнить, что все
выражения для различного вида работы очень
сх одны между собой. Любая работа обязатель­
но из меряется произведением двух сомножи­
телей: некоторой обобщенной силы / (это мо­
жет быть сила всемирного тяготения, сила
магнитного или электрического поля, давле­
ние , поверхностное натяжение, любые меха­
нические силы и т. д .) и величины а - изме­
нения соответствующего параметра системы
(пройденный путь, электрические заряды, вели­
чина поверхности, объем и т. д .):
А=S/da.
В задачи термодинамики не входит изу­
чать различие между разными видами работы.
О б этом должны позаботиться другие науки.
Различных работ может быть очень много .
Теплота только одна .
НАУКА, НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
Теп.Jiота и раС5ота
Нам нужно, чтобы машины для нас пахали
землю, собирали урожай, мололи зерно, чтобы
нас возили поезда и автомобили, чтобы по воз­
духу мчались самолеты, чтобы межпланетные
корабли взлетали в косм ос, а подводные лодки
изучали глубины океанов. Нам нужно, чтобы
машины вгрыз ались в землю и добывали руду
и уголь. Нам нужно , чтобы тысячи могучих ,
ве рных и послушных слуг работали для нас.
R одним из них мы должны подводить про­
вода и направлять в их моторы электричесю1й
ток , полученный либо на тепловой электростан­
ции, где за счет теплоты , выделяющейся п ри
сгорании угля, рождается электроэнергия, ли­
бо на гидростанциях , где в турбинах энергия
падающей воды, приобретенная ею только от
теплоты солнечных лучей, прев ращается в
эне ргию электричес1<ого тока. Другие машины
нуждаются в топливе и работают за счет теп­
лоты сгорания бенз ина , нефти, угля.
В реакторах атомных электростанций , атом­
ного ледок ола , атомных подводных кораб.'!еи
выделяется при яде рном распаде огромное ко­
личество теплоты, за счет которой и работают
их турбины и двигатели. Энергию атома мы
пока умеем получать только в виде теплоты .
Нам нужна работа , а получить ее мы можем
только в конечном итоге за счет теплоты ;
в этом можно убедит ься , проследив за цепью
(иногда очень длинной) взаимных превращений
энергии.
В системе (атомном р еакторе, в топке и кот­
ле паровой машины, в цилиндре автомобиль­
ного двигателя) теплоты нет , точно так же
в ней пет и работы. Движение пе был о тепло­
той, пока оно содержалось в горячем теле ,
движение пе стало теплотой, когда оно вошло
в холодное тело и нагрело его. Теnлота - это
пе свойство системы. И о теплоте, и о работе
можно говорить только в связи с процессом
и во время процесса , совершаемого системой,
по не в связи с ее состоянием. Теплота и работа
подобны ; и та и другая - это передача дви­
жения из одной системы в другую. В этом их
глубокое сх одств о.
Различие между ними велико и принци­
пиально . Теплота - это передача хаотическ ого
беспорядочного движения молекул . Такая пере­
дача происходит всегда только от нагретого
тела к холодному. Работа - это передача упо­
рядоченного направленного движения.
Как превратить в упорядоченное возможно
больш ую ч асть хаотического движения, к ак
1-47

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
с помощью тепла получить наибольшее коли­
честв о работы - это важная задача термоди­
намики.
При11ер расчет а очень важной ра&от ы
В 1\ачестве приме ра рассчитаем работу изо­
термического расширения идеального газа.
Хотя для этого и придется иметь дело с интег­
рированием , пугаться не следует. Те из чита­
телей , кто внимательно прочел 2-й том ДЭ ,
с эт ой задачей легко справятся .
Работа расширения любого тела , а сле­
довате.�:ьно, и любого газа при беск онечно ма­
лом изменении его объема равна dA = pdv .
По уравнению идеального газа pv = RT можно
оп ределить его давление :
RT
р=-
v
-·
Следовательно, работа расширяющегося иде­
ального газа при беско�ечно малом изменении
его объема будет равна :
dA =RT�.
v
И окончательно, работа, зат раченная на рас­
ш ирение одного моля идеального газа от мало­
го объема v1 до большого v2:
v,
А =RTs�.
v.
а ;:··;: о выражение равно:
А=RT In -2.
V1
Это одна из наиболее важных формул термо­
динам ики. Области ее применения буквально
неисчислимы. Стоит запомнить, что эта форму­
ла существует .
р
Рис. 8 . График, показ ывающий работу расширения газа.
Эта работа опред еляется площадью, расположенной под кри­
вой. График показывает изменение давления в зависимости
от изменения объема в изучаемом процессе . На рисунке
изображена работа, совершаемая
газом
при изотерми­
ческом расшире нии. Работа обратного
процесса - сжа­
тие газа - такая же, но у нее обратный знак. Чтобы сжать
газ, нужно совершить над ним работу.
:148
�вергвя
Повсюду, в любом теле , существующем
в мире , при любой температуре , молекулы
и атомы находятся в непрерывном движении.
Сумма их кинетических энергий определяет
тепловую энергию тела . Даже и при абсолют­
ном нуле сохраняется молекуля рное ко.11еба­
тельное движение . При абсолютном нуле вся­
кое тело поэтому обладает энергией. Она так
и называется нулевой энергией . Эта энергия
очень мала, но пренебрегать ею нельзя: она
играет очень важную роль в квантовых рас че­
тах химических равновесий .
Потенциальная энергия взаимодействпя
атомов в молекулах или в кристаллической
решетке тела - это запас его химической энер­
гии. Ее можно определять по-разному. Можно,
например, подсчит ать энергию, необходимую
для того, чтобы разрушить вещество тела на
отде льные молекулы, разорвав в нем межмо­
лекулярные связи. Затем, нарушив межатомные
химические связ и, разделить молекулы на
атомы и разбросать все атомы на бесконечно
большое расстояние, так чтобы они не взаимо­
действовали между собой. Только НII од ин
инжене р не согласится с таким способом под­
счета энергии в топливе . Ему от такого способ а,
важного и нужного для теоретика, очень мало
пользы. Инженер-праl\тик предпочтет просто­
напросто сжеч ь уголь и из мерить количество
выделившегося тепла.
Физик , подсч итывая энергию тела , задума ­
ется о ее запас-ах, ск рытых в атомах, образую­
щих тело. Он получит разные рез ультаты, учи­
тывая либо только энергию яде рного расщеп­
ления, либо принципиально возможную, хотя
пока еще недостижимую энергию аннигиляции .
Но ведь любое тело, брошенное наклонно
вверх , пока летит , обладает , кроме того, соб­
ственной кинетической энергией поступате.11ь­
ного движения и изменяющейся потенциальной
энергией в поле притяжения Земли. Спутник ,
выведенный на орбиту, сох ра няет приданную
ему энергию. Упавший камень не остается
в покое. Он участвует в с.11ожном движении
поверхности земного шара, вращаясь вместе
с ним , летит вокруг Солнца , уносится вместе
с солнечной системой в гадактическом движе­
нии, летит вместе с Галактикой в г.'Iубину
космоса ." Каждому движению соответствует
своя доля энергии.
Чему же равна энергия тела? Теплотех­
ник не обращает внимания на запасы химиче­
ской энергии водяного пара. Ведь использ о-

вать их он не r.1 0<1.;ет , вода в котле остается
тол ько водой , хотя и превращается в пар.
Химика не интересует скрытая в атомах
яде рная эне ргия. Ее запасы в исходных веще­
ств ах и продуктах реакции одни и те же . Ато­
мы до химической реакции и после нее оста­
ются в колбах химика или в его заводских
аппаратах теми же самыми атомами. И хими­
кам , и физикам , и инжене рам и в голову не при­
дет обращать внимание на движение их реторт,
атомных реакторов, тепловых машин вмест е
с Землей в космосе . Ведь все эти аппараты не­
подв ижны относительно земной поверхности.
Но астрофизик, изучающий тайны рождения
звезд , уже не может пренебрегать энергией
движения исследуемых им тел в космосе .
В составе космических лучей обнаружены
частицы , облада ющие чудовищной кинетиче­
ской эне ргией движения , в миллиа рды и бо­
лее раз превыша ющей их энергию «покою>.
Несомненно, наука проникнет еще дальше
и в глубь атома . Будут отк рыты новые , еще
неизвестные структурные элементы ядерных
частиц . Их энергия связи, конечно, будет пре­
вышать энергию связ и атома . Этот процесс
расширения нашего познания никогда не за­
вершится - вещество неисчерпаемо...
Чему же равна энергия тела? Так по­
ставленный вопрос смысла не имеет и термо­
динамику не интересует .
Т е1н1од1111а1111ч ecю1fi ци н.1
1
Попробуйте представить себе какую угодно
термодинамическую систему. Во образите себе
хотя бы один грамм-мол ь газа, или десять грамм­
молей воды (почти од ин стакан) , или что вам
угодно. Чтобы перевести любую систему из
одного состояния в другое , с ней нужно
р
р
Пр11моА lfн нn
с:?'
А
а,
/i
1
1
о
о
Q
Об"'рча тнt.lи \lИНЛ
~А
1
:
__
_.,/
1
1
1
1
1
1
1
1
ь
v
Рис. 9. Термодинам11ческиit ц11кл может бы ть каким угодно.
Система :может любым путем перейти от начального сост оя­
ния (а) в любое другое (в) и любым другим путем вернуться
точно в исходное состо яние. При этом система сове]l.UJит
работу, которая равна площади цикла на графике вависИ1
11
ооти
:между давлением и объемом. Если такой же цик4 пронести
в обратном направлени11 , то эта площадь будет равна работе ,
которую пр11дется затратить.
ПАУКА, НЕОБХОДИМАЯ В СЕМ
-
tlL.
..-
__/
4
э
Рие. 10. Термодинам11ческне ц11клы совершаются вокр�·г нас
повседневно . Простой цикл , изобрt1жснный на этом р исун­
ке , может соответст вовать мног 11м разл11чным п р оцессам, про ­
текающим в природе, в лаборатории учен ого, на химичес­
ком заводе. Например, этот чертеж соответст вует и такому
циклу изменения состояния вод ы в природе: cocnioянiie 1-
вода в луже нагрета солнцем, упругость ее пара высок а;
о на начинает постепенно испаряться; объем силLно �· велич11-
вается; сосmоян��в 2 - вся вод а превратилась и пар; теп­
лый легкий пар постепенно поднимается вверх; температу­
р а падает; объем пара уменьшается; сосmо ян.ие 3- охла ж ­
денный пар высоко над землей ; начинается конденсация ;
п оявилось облако; п ошел дождь; сосmо.яи ие 4 - весь пар
превратился в холодные капли дождя; они падают на зем­
лю, где их нагревает солнце; вода возвращается в 11сходное
сост ояние 1. Цик.1 завершен и может начаться сновп.
На рисунке нет ни лужи, ни облаков, ни солю1а. Он11 для
термод инам11ки не важны сами по себе. Те рмод инам111ш в
каждом процессе выде.1 яет самое главное , что . е го опреде­
ляет. Поэтому закономерность, получен ная те рмод 1111ам11кой
при исследовании одного явления, может объяснпть очень
много друг11х, даже как будто бы совершенно раз:ш чиых
про цессов.
что-то сделать: либо совершить над ней
работу, либо, наоборот , предоставить системе
произвести работу и при этом либо нагреть
систему - передать тепло, либо охладить ее -
тепло отнять. Если, нагревая ст акан впды ,
превратить ее в пар, придется не только затра­
тить немало тепла, но и произвести немалую
работу. Работу образоnавшегося и расширяю­
ще гося пара подсчитать нетрудно : он при под­
нимает весь слой атмосферного воздуха вплоть
до границ ст ратосферы.
Теперь представьте себе , что вы проделали
с вашей системой тысячи самых разнообразных
операций : вы могли ее охлажд ать, нагревать,
сжимать, расширять, электриз овывать, намаг­
ничивать.. . и можете с ней дел ать все, что вам
угодно. Пусть в ней при этом протекают 1>аю1е
угодно прев ращения и какие угодно химиче­
ские реакции, но только при одном условии :
пусть после всего этого система вернется точ­
но в свое исходное , первоначальное состоя­
ние . Термодинамический процесс, каюш бы он
сложным ни был , из скольких бы промежу­
точных стадий ни состоял , в результате ко­
торого система возвращается в свое исход­
ное состояние , называется
термодпна­
мическим циклом.Этоодноизсамых
важных понятий термодинамики.
В результате проведенного термодинамиче­
ского цикла в системе ничего не изменил ось:
1-10

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
физич еское состояние и строение всех ее ча­
ст ей, движение все.х ее МОJiекул - все ве рну­
лось к исходному положению и с нашей систе­
мой ничего не произ ошло.
Но ведь в процессе цикла была совершена
работа либо самой системой (при
·
расiпирении
пара) , либо над системой (при сжатии газа) .
Сумма всех работ на всех этапах цикла - это
п есть полученная работа . !\роме того, погло­
щалась теплота (при испарении воды) или она
выделялась (прп конде нсации пара) . Сумма
всей теплоты на всех этапах цикла - это
поглощенная системой теплота.
Что же все-таки в итоге цикла произошло?
!\уда исчезла теплота? Откуда взялась работа?
ЗАRОН ТЕРМИЧЕСКОГО
Р..\ВНОВЕСИН
Закон термического равновесия основан на
опыте. Отк рытие его не. связ ано с именами вы­
дающихся исследователей и с определенной да­
той . Он был установлен еще до того, как было
заве ршено создание термометра .
«Применение термоск опов научило нас сле­
дующему: пусть 1 000 и более различных родов
материи - металлы, :камни, соли, дерев о, проб­
ка, перья, шерсть, вода и ряд других жидко­
стей - имеют вначале различные температуры.
Поместим все этн тела в :комнату без огня, не
освещенную солнцем . Более го}тчие из этих
тел будут охлажд аться, более холодные нагре­
ваться в течение дня или неск ольких часов .
По окончании этого периода прил ожим терма-­
скоп последовательно :к :каждому телу: пока­
зания термос:копа для всех тел будут одина­
ковыl\IИ». Та:к наглядно сформулировал этот
з акон ж ивший во второй половине XVIII в. ис­
следователь Дж. Влек , :которому термодинами­
:ка обязана многими :крупными отк рытиями.
Нас не уд ивл яет , когда мы теперь, глядя
на термометр, говорим , что у больного повы­
шенная температ ура . Ведь термометр показы­
вает свою собственную температуру. Ей равна
температура тела , с :которым термомет р нахо­
дю1ся в термическ ом равновесии.
«Два тела, находясь в термическом равно­
веспн с третьим телом , находятся в термиче­
ском равновесии и между собою . Это вовсе
не само собой понятно, но очень замечательно
и важно» , - так си азал о заионе те рмического
равновесия замечательный физии нашего вре­
мени Ма:кс Планк . Та:ким образом, закон тер­
мичесиого
р авновесия - это эмпиричесиий
150
(опытный) заион. Мало того, этот заион не
тольио не очевидный, сам собою разумеющий­
ся, но и всего . лишь приближенный заион.
Теперь, в результате применения теории
относительности к термодинамике систем, на­
ходящихся в сильных полях тяготения , выясне­
но, что в таиих системах при термическом
равновесии темпе ратура в разных частях
должна быть различной. В цент ре гигантской
звезды, даже если она находится в те рмическом
равновесии, темпе ратура должна быть выше ,
чем н а ее поверхности.
Химик и физ ик , работающи
.
е в земных усло­
виях, могут спокойно руководствоваться зако­
ном термическ ого равновесия, но астрофиз ику,
изучающему Вселенную, приходится вносить
в него существе нные поправии.
ПЕР ВЫЙ З А КОН TEP!tlOДllHA!tllfRll
В 1807 г. физии Гей-Люсса к, изучавший
свойства газов, поставил простой опыт . Этому
опыту был о суждено сыграть особую роль в
истории термодинамиии. Случю:rось так, что
при этом опыте присутств овали его друзья -
два выдающихся исследователя: физ 1ш и ма­
тематик Лаплас и ХИJ\ПШ Бертолле . Имена
этих французских ученых знают теперь все
шиольниии мира .
Давно был о из вестно, что сжатый газ , рас­
ширяясь , охлаждается . Правда , ни:кто не знал
почему. Гей-Л юссаи предположил , что это
может происходить потому, что теплоемкость
газа зависит от его объема . Он решил прове­
рить это и заставил газ расшир_я:т�ся в пусто-
Е
Рис. t 1. Опыт Гей-Люссака. В стеклянном двенадцатилитро ­
вом бал.�оне А находился воздух, и з такого же баллона В воа·
дух выкачан. С и D - чувств ительные термометры. После
открытия крана Е воздух перетекает в баллон В, пока в обоих
баллонах не устанавливается одинаковое давление. Темпе­
ратура· в баллоне А понижается ровно на столько , на сколько
она повышается в баллоне В . Если массы газа , находящ11еся
в обоих баллонах, смешать, температура расширенного гааа
будет равна первоначальной температ�· ре rаза, имевшеrо
меньший объем .

ry - в сосуд , воздух из которого был предва­
рительно откачан. К уд ивлепиЮ всех трех уче­
ных , наблюдавших опыт , никакого понижения .
темпе ратуры не произ ош ло, температура всего
rаза не изменилась. Исследователи не могл и
объя снить результат : почему один и тот же
rаз , одина ково сжатый , расширяясь, охлаждает­
ся , если его выпуск ать прямо наружу в атмо­
сфе ру, и не охлаждается , есл и его выпуск ать
в пустой сосуд, где давление равно нулю?
Этот опыт был неверно задуман. Получен­
ный рез ультат, как и следовало ожидать, не
оправдал предположение ученого, и он не
понял смысл опыта . Гей-Л юссак и его ученые
друз ья сделали 1\руп ное отк рытие и не сумели
его заметить.
Честь первой точной формулировки одного
из величайших законов всего естествознания
принадлежит немецкому врачу Роберту Майе­
ру. Р аботая в тропиках , он заметил , что цвет
венозной крови у жителей жаркого климата
более яркий и алый, чем темный цвет крови у
жителей холодной Е вропы. Наука движется
ст ра нными путями, и, казалось бы, что может
быт ь общего между расширением газа в пу­
стоту и различием в цвете крови? Но, однако,
гениал ьный ученый сумел найти единое в не­
сравнимом .
Майер пра вильно объяснил яркость крови
у жителей тропиков: вследствие высокой тем­
пературы организму приходится вырабаты­
вать меньше теплоты, ведь в жарком климате
люди не зябнут . Поэтому в жарких ст ранах
арте риальная кровь меньше раскисляется и
остается почти такой же алой, когда переходит
в вены.
У Майера возникла мысл ь: пе изменится ли
количество теплоты, выделяемой организмом,
при окислении од ного и того же количества
пищи , если организм, помимо выделения теп­
лоты, будет еще произ водить работу? Если
количество теплоты не изменяется, то из од ного
и того же количества пищи можно получить
то больше, то меньше тепла, так как работу
организ ма можно снова превратить в тепло ,
например, путем трения. Если количество теп­
лоты изменяется , то работа и теплота обязаны
своим происхождением од ному и тому же ис­
точнику - окисленной в организме пище ,
т. е . раб о та и теплота могут превращаться
одна в другую.
Эта замечательная идея сразу дала возмож­
ность Майеру сд елать ясным и загадочный
рез ультат в опыте Гей-Люссака: если теплота
и работа вз�имно превращаются, то при рас-
НАУКА, НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
ширении газа в пустоту, когда он не произво­
дит никакой работы, так как нет никакой силы
(д авления) , противодействующе й увеличению
его объема , газ и не должен охлаждаться.
Если же при расширении газа ему приходится
производить работу против внешнего давления,
его температура должна понижаться . Задаром
работу получить нельзя! Но если теплота и ра­
бота могут превращаться друг в друга , если эти
физические величины сходны, то возникает во­
прос о соотношении между ними.
Майер первым поставил этот .в опрос: «Мы
должны уз нать, сколько требуется работы для
определенного количества теплоты и наоборот)) .
Он очень красиво решил эту важнейшую зада­
чу всей физики.
Давно было известно, что для нагревания
газ а при постоянном давлении, когд а газ рас­
ширяется, нужно больше тепла, чем для нагре­
вания газа в замкнутом сосуде , т. е . что тепло­
емк ость газа при постоянном давлении ср боль­
ше, чем при постоянном объеме Cv.
Эти
величины были уже измерены и хорошо из вест­
ны. Было установлено, что, хотя обе величины
СР и Cv зависят от природы газа, разность между
ними почти од инакова для всех газов и равиа
приблизительно двум малым калориям па один
моль любого газа:
с_с
=
2 2•/l:йЛOf!llЯ
р
V
МОЛЬ ·1°Ц
(точно, по совре менным данным, - 1,987) .
Майер понял , что эта разность в теплоте
обусловлена тем, что газ , расширяясь, совер­
шает работу.
Р.аботу одного моля расширяюще гося газа
при нагревании на один градус вычислить
нет руд но. Любой газ при малой плотности
можно считать иде альным - его уравнение
состояния было известно : pv =RT. Нагреем
этот газ на один градус , при этом он расши­
рится , и при постоянном давлении его объем
воз растет на некоторую величину Лv. Тогда
по уравнению состояния
р(v+Лv)=R(Т+1).
Нет рудно найти, что
р·Лv = R.
Это замечательный результат - оп объясняе11
физ ический смысл газовой постоянной R. Она
равна работе расширения газа при постоянном
давлении, если газ на гревается на один гр·адус .
151

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Таким образ ом, Майер нашел , что для любо­
го газа
Cp
-Cv=R.
Это уравнение с тех пор носит его имя.
Было извест но, что величина
R=O848 l.;? · .M
'
�IОЛЬ·1°Ц
Следовател ьно, 2 маJiые калории равны
0,848 кг · .Jt работы . Нетрудно вычислить, что
одна большая калория равна 426 ,6 кг · .м .
Это число называют механическим эквива ­
лентом тепла .
Замечательный рез ультат Майера был много
раз подтвержден прямыми измерениями; осо­
бенное значение имели опыты Джоу ля, который
из мерял количеств о работы, необходимое для
нагревания жидкости вращающейся в ней ме­
шалкой. Одн ов ременно измерялись и работа ,
затраченная на вращение мешаJI101, и теплота,
полученная жидкостью. Как ни менялись усло­
вия опыта , брались разные жид1<ости, разные
сосуды и мешалки, результат был один и тот
же : всегда из одн ого и того же количества рабо­
ты получалось одно и то же Rоличество тепла .
Расчеты Майера и опыты Джоуля решили двух­
вековой спор о природе теплоты .
В наши дни, когда и для теплоты и для рабо­
ты применяется одна и та же мера, обе эти
величины измеряются в джоулях . ДоRазанный
152
Р11с. 12. Опыт ДжоуJ1я. Жид­
кость в сосуде В переме шива­
ется при адиабатических уСJ10-
в иях мешаJ1кой Ad. Источник
работы - грузы Е и F. Гру­
зы, опускаясь , вращают 11е­
шаJ1ку . Над системой (жид­
кость, сосуд , мсшаJ1ка) про­
извод ится работа. Температура
систем ы поднимается . Чтобы
восстановить первоиачаJ1ьиую
температуру, череа стенки со­
суда пр11 неподвижной меmа.1
1
-
ке отбирают теш1оту. Ее КОJIИ­
чество 11змеряют. ЦикJ1 'закон­
чен, измерения nроизвt'дены .
Ос"аеТСЯ ВЫ ЧИСJIИТЬ . мехаииче-
СКИЙ экви ваJtеит теПJIОТ Ы.
н а опыте Майером и Джоулем принцип экви­
валентности между теплотой и работой может
быть сформулирован очень просто : во всех слу­
ча ях , когда из теплоты полвл11етсл работа , тра ­
тится количество тепла , равное полученной
работе , и, наоборот , при затрате работы полу­
чается то же количество тепла .
Этот за111ечатеJi ьный вывод был назван пер ­
вым законом термодинамики . Согласно этому
закону, работу можно превратить в теплоту и ,
наоборот , теплоту - в работу , причем обе эти
величины равны друг другу .
Внимательный читател ь, наверное , уже сам
заметил , что это, конечно, справедливо только
ДJIЯ Rругового процесса , когда система совер­
шает цикл и возвращается в исх одное состоя­
ние. Расчеты Майера и опыты Джоуля касались
пменно таких те рмодинамических циклов .
В каждом случае при расчете учитывалось, что
система (газ , жидкость) должна быть приведена
}\ исходным условиям .
Таю1м образ ом , для любого nругового про­
цесса совершенная системой работа А равна по­
лученноii систем ой теплоте Q (если измерять и
теплоту и работу в одних и тех же единицах) :
А=Q, или Q-А =О.
Это уравнение и выражает первый закон
тер11
1
одинамию1:
нельзя осу ществить цикл ,
в котором система произвела бы работу и не
получила бы теплоту�

В качестве примера можно взять любую
тепл овую машину, все они могут работать
тол ьк о на основе циклов: ведь каждая из них
должна работать неп рерывно.
В11утр снняя анерrия
Система, совершив цикл, восстановила свое
исх одное состояние . В ней н ичего не измени­
лось - ни вещество, ни д вижение . Для кругового
процесса величина \ Q А\ равна нулю. Из этого
следует очень важный вывод, и его надо хоро­
шо продумать и усвоить: для некругового про­
цесса эта величина должна зависеть только от
нач.�льного и Rонечного состояний системы,
но не от пути перех ода. Это очень ва жно. Это
значит, что существует для каждой термодина­
мической системы величина , обладающая все­
м и признаками свойства системы. Это свойство
и наз вано внутреннеii энергией («энергию> по­
греческ и - деятел ьност ь) . Она зависит тольк о
от состояния системы. Разность этой величины
при перех оде системы из одного состояния в
другое равна Q-A .
Для термодинамики важно и необходимо
знать разность значений внутренней энергии при
переходе из одного состояния в другое . Эта ве­
личина оп ределяется на опыте или расчетным
путем по уравненпю
ЛЕ=Е2-Е1=Q-A
(Е - обозначение внутреннеii энергии).
Этим замечательным уравнением выражается
закон сохранения и превращения энергии в при­
менении к процессам , изучаемым термодинами­
кой. В него нужно хорошенько вдуматься . Это
основное уравнение естествознания . Из него
вытек ает, например, вся термохимия : если
проводить химические реа1щш1 без изменения
объема, то работа А= p1.v будет равна нулю.
Тогда тепл овой эффект реакции - теплота ,
поглощаемая или выделяющаяся при хи11ш­
ческих реакциях, не будет зависеть от проме­
ж уточных путей в процессе реакции.
Это 11 есть из вестный закон термохимии,
отк рытый петербургс1шм академ иком Гессом
не задолго до работ· Майера.
Отк рытие первого закона те рмодинамики -
закона сох ранения энергии - поконч ило наве­
ки со страстной мечтой тысяч и тысяч изобре­
тателей: создать вечный двигатель , способный
работать зада ром , без затраты энергии.
Первый занон часто тан и формулируют :
вечный дв игатель невозможен.
НАУКА, НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
\1/
+О,4Sкка л.
'�v-
С граtрит - С алназ
Рис. 13. Тепловой эффект превращения графита в алмаз.
Ив опыте его измер11ть нельзя , но легко подсчитать по закону
Гесса. Для этого нужно знать , сколько тепла выделяется
при окислении одного моля углерода как в виде графита, твв
и в виде алмаза . Разность между их те плотами горен11я
и равна теплоте превращения графита в алмаз.
Ед1111ыii аакон сох1tа11ення
Физик наших дней, рассчитывая атомный
реактор, нонечно, тоже пользуется пе рвым
законом, но применяет его уже в новой обобщен­
ной форме . Установленная Эйнштейном экви­
валентность массы и энергии связала между
собой закон сохранения вещества (важнейший
закон всей химии) и закон сохранения энергии
(основной закон классичесной физики) в единый
закон сохранения -о неизменности суммы массы
и энергии. Ему подчиняются все процессы
и явления в микромире атомных яде р и элемен­
тарных частиц. И мы теперь знаем , что нагре­
тое тело тяжелее, чем когда оно холодное .
История науни полна удивител ьных предви­
дений. Михаил Ломоносов еще в 1748 г. , почти
за ,с то лет до работы Майера, сумел впе рвые чет­
ко и ст рого высказать и: сформулировать заме­
чате.'l ьную, фундаментальную мысл ь о единстве
за1'онов сох ранения движения и материи . Он
писал :
« ..•но все из.менения, совершающиеся в при­
роде, п р оисходят таким образом , что сколько
к чему п р ибавилось , столько же отнимается
у другого . Т ак, сколько к одно.ltу телу приба­
вилось вещества , столько же отни.�tется у дру­
гого ... Этот закон является настолько всеобщим ,
что прост1.tрается и на правила движения :
тело , возбуждающее толчком к движению дру­
гое , столько же теряет своего движения, сколько
отдает от себя этого движения друго.иу телу» .
Для Ломоносова, нан и для физика наших
дней, великие законы сох ранения вещества и
сохранения энергии были единым общим зако­
ном природы.
158

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
BTOPOJI 3 AROH ТЕРМОДИНАМИКИ
Много великих ученых во многпх ст ранах:
пытались разгадать тайну преЕращения тепла и
работы. Поиски закона сохранения продолжа­
лис ь столетиями . Вплотную подошли к закону
сохранения, почти от.к рыли его на опыте и ...
сами не поняли, что сдел али, сл авные француз­
ские ученые, о которых была реч ь выше.
Конечно, честь ст рогой формулировки и
строгого доказательства первого закона при­
надлежит Майеру и Джоулю. Но многим и мно­
гим ученым надлежит воздать честь и принести
благодарность за отк рытие первого закона
те рмодинамики.
Второй великий закон термодинамики свя­
зан толь.ко с одним именем . Его открыл молодой
француз ский инженер Сади Карно.
Ци1Со1
1
Rарно
Молодой инженер Карно рассчитывал и
строил водяные двигател и. Но в это же время
начали во Франции широко применять паровые
машины, и важнейшей научно-технической зада­
чей ст ало создать теорию тепловых машин .
К решению этой задачи приступил и Карно.
Строго говоря , к этому он совсем не был подго­
товлен. Он еще не мог знать, откуда берется
работа в тепловых машинах, не знал, для чего
нужна теплота, и считал, как его учили, что
теплота - вещество. Но Карно был гениаль­
ным исследователем и сумел правильно решить
одну из труднейших задач естествознания:
при каких обязательных условиях возможно
превращение теплоты в работу?
Хорошо знак омый с расчетом водяных дви­
гателей, Карно уподобил теплоту воде. Чтобы
водяная мельница могла молоть зерно - рабо­
тать, необходимо одно условие : вода должна
падать с высок ого уровня на низкий. Карно
предположил : чтобы теплота могла совер­
шать работу, она тоже должна переходить
с высокого уровня на низкий , и разность высот
для воды соответствует разности температур
для теплоты .
В 1 824 г. Карно высказал гениальную мысль:
для производства работы в тепловой машине
необходима разн ость температур , необходимы
два источника теплоты с различными темпера­
турами. Это утве рждение - главное в теории
Карно. Оно называется принципом Карно.
На основе открытого им принципа Карно
придумал цикл иде альной тепловой машины,
Рис. 16. Сади Карно был очень моло­
дым, коrда открыл великий второй за­
кон термодина11
1
ики.
которую не может превзойти никакая другая
машина . Этот цикл изучают теперь все будущие
инженеры во всех вузах мира .
Придется его рассмотреть и нам . Такая
машина никогда не была построена , ее
даже вообще нельзя построить. Но ни одна
когда-либо действовавшая машина не имела
такого огромного значенnя для развития тех­
ники, .как эта придуманная молодым француз ­
ским инженером и неосуще ствленная.
В соответствии с принципом Карно мы дол­
жны предположить, что располагаем источни­
ком теплоты с высокой температурой (нагрева­
телем) и холодильником с низкой температурой.
В этом требовании, конечно, ничего необычайного
нет : и топка (на греватель) и холодильник обя­
зательно есть во всякой тепловой маш ине .
Теперь представим себе цилиндр с поршнем .
В цилиндре находится газ . Для расчета удобнее
взять один моль идеального газа. (Сам Карно
брал для этой цели воздух .) Пред оставим
инженерам-конструкторам придумывать детали
механизма, .который позволил бы использо­
вать получаемую работу, и сосредоточим вни­
мание толь.ко на самом главном и существен­
ном для всякой машины - на ее рабочем цикле .
Ка.к должна работать идеал ьная машина?
Каким способом нужно нагревать газ , чтобы
он, расширившись, мог совершить нужную
нам работу?
Если при нагревании газа в цилиндре меж­
ду нагревателем и газом установится хотя

бы даже очень малая разница температур, то
это явно будет невыгодно, вед ь, согласно
принципу Карно, за счет этой разности можно
было бы получить еще дополните.1
1
ьную работу.
Значит, газ в цилиндре должен расширяться
точно при температуре нагревателя, т. е. рас­
ш иряться изотермичесюr , сохраняя на протя­
жен ии всего пути расширения постоянную тем­
пературу.
Мы уже знаем, как протекает процесс изо­
термического расширенпя газа. Давление его
при этом падает . Сколько прп таком расшире­
IIИИ будет получено работы, мы тоже знаем.
Газ в цилиндре нагрелся 11 расш11р11лся, но
машина должна работать непрерывно. Для это­
го ее рабочий: процесс должен быть обязатель­
но замкнутым - циклическ им. С .11ед овате;�ьно,
нагретый: газ должен быть ох.'Iажден и сжат .
Как эт о сделать? У нас в распоря;t;ении
есть холодильник с низкой температурой:. Каза­
лось бы, можно просто привести цишшд р
в соприкосновение с холодильником, и газ охла­
дится . Но тогда возникнет разность температур
между горячим еще газ ом и холодильником,
и снова будет поте ряна , в соответствии с прин­
ципом Карно, возможность получить допол -
t
/,
НагреlаJпедь
Холоduльни•·
Рис. 15. Идеальная машпиа 110 прсдстав.1еииям Сади Карно.
Зто простой ц11.11шдр с поршнем. Нижняя стенка цилиндра
обладает идеальной теплопроводностью; его можно поставить
на горячую поверхность нагревателя (например, заполненного
смесью расплавленного и твердого свинца) ил11 на поверх­
ность холодильника (например, со смес ью воды и льда) . Оба
источника теплоты бесконечно вел и ки. Ес.1и цилиндр не
соприкасается с нагревателем нли холоди.1ьником , в нем
полност ью преJ>ращается обмен теплом с окружающей средой.
НАУКА, НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
нительную работу. Так делать нельзя. Ге­
ниальная иде я Карно заключалась в том, что
он предоставил газ у возможность расширяться
без обмена теплом - адиабатическ им путем.
Сог.11асно первому закону термодинамики, тем­
пература газа будет цри этом падать. Предо­
ставим ей возможност ь упасть до темпе ратуры
холодильника. На эт ом этапе будет дополни­
тельно получено некоторое :количество работы
без затраты тепла, только за счет внутренней
эне ргии га за.
Приведем газ в цилиндре в тепловой контакт
с холодпл ьюш ом и начнем его сжимать при
низкой температуре . Конечно , на основе прин­
ципа Карно мы можем это сжатие проводить
тоже толь:ко из отермическим путем . На этом
участ:ке процесса придется затратить на сжа­
тие газа часть той работы, которая была полу­
чена при расширении газа. Но это ничего,
часть ее останется.
Когда газ достаточно сжат (насколько его
нужно сжать из оте рмически, это нет рудно
рассчитать) , необходимо повысить его темпе­
ратуру до температуры нагревателя, чтобы
можно было начать новый цикл. Газ над пор­
шнем дол жен занять свой прежний объем .
Как это сдел ать? Нагревать нельз я. Появление
разницы температур недопустимо . Оно каждый
раз означает потерю возможности получить
еще дополнительную работу.
Значит , можно только сжать газ адиабати­
ческим путем , без получения теплоты извне.
При таком сжатии возрастет его внутренняя
энергия и повысится температура . Когда тем­
пература газ а достигнет температуры нагрева­
теля, адиабатическое сжатие закончится.
fаз пришел в прежнее состояние, круговой
процесс закончен, можно начинать новый цикл .
Если верен сам принцип , то лучшую машину
построить нельзя. С помощью такой идеал ьной
машины можно получить наибольшее кол иче­
ство работы при заданном пе репаде температур
между нагревателем и холодильником .
Повторяем :
в действите.1
1
ьност и машина ,
работающа я по циклу Карно , неосущест вима .
Сио"'lьно работы 11 ожно по.1:�-чит ь
в машине Карно ?
Это подсчитат ь нет рудно. На первом участке
цикла идеальный газ совершает работу изотер­
мического расширения :
Ан=RTln..!:
:!.
,
Vl

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
р
iТ
р
7
1
1i
4
ii
�6
1\
е...
.
"
1
1:
:
r:
i
'"'t5
i
\
4
\
\
\
J
\
\\
f
т
3
При из отермическом сжатии
при температуре холодильника
над газом приходится совершать
работу. На этом участке цикла
будет зат рачена работа :
Ах = RTxln!:!._.
V3
При из оте рмическом сжатии
тепло, выделяющееся при по·
стоянной температуре, полно­
стью передается холодильник у,
потому что ·внутренняя энергия
газа остается постоянной :
Ах=Qx= RTхln�·.
3
На последнем этапе прихо­
дится затрачивать работу, но
при адиабат ическом сжатии газ
не выделяет тепло: работа це­
2
\о
V' ликом идет на повышение вну­
тренней: эне ргии газа. Сжатие
t=Soo•ц
долж но продолжаться, пока не
j_ t=too •ц
будет достигнута исходная тем-
�,,
,._
�-
--
--3
t=о·ц
пература. Цикл закончен .
1 -.;;.::-:: .:::::_-:-=_
_
-=
=-
-----
___J
о
v.i
.
·-·-·-·-·-·т-;-
V
т на гревателя машина пo-
O
L--v;..
.1
,-..
..-
-Jv:l.-�21---J..
.-
---..
..
4---:5F ;.;.;
;;
;;
�11j�
6
� ---:
:
1-:(-1t2�2:-:,4:-
-
л:-u -=m p--=
a
·
) лучила Qн джоулей тепла. От-
Рис. 16. Цикл работы 1�цеальной машины Карно . Стенка ц11.111ндра приходит
в соприкосновение с нагревателем . Рабочее вещество (у К арно - воздух)
начинает изотермичееки расширяться от начального объема 1 до объема :� . Пор­
шень поднимается . нагреватель передает рабочему веществу ето.1ько теп.1а,
сколько необходимо для поддержания постоянной температуры. Количество твер­
дого свинца увеличивается , жидкого - уменьшается. Ц11линдр снят с нагрева­
теля. Поступление тепла прекращено , но рабочее вещество продолжает расш11рят ь­
ся н поршень продолжает подниматься , совершая в адиабатических условиях
макс11мальное количество работы (напр11мер , поднимает груз) . Температура воз­
духа падает и достигает температуры холодильинка . При этом рабочий газ рас­
ширяется до объема З. Цилиндр приводится в соприкосновет1е с холодильни­
ком. Воздух изотермически сжимается до объема 4. Для этого нужно затра­
т11ть работу. Поршень с грузом опускается . Чтобы температура оетава.1ась
постоянной , тепло отводится от рабочего вещества через стенку в холод11.1ь­
иик. Часть льда тает - количество воды увеличивается . Снова прекращается
контакт цилиндра , теперь уже с холодилью1ком . Источник работы (например,
опускающийся груз) сжимает газ адиабатически . Тем пература его повышается,
пока не достигнет температуры нагревателя. Цикл завершен. Кощ1чество теп.1а,
пол ученное цилиндром от нагревателя , больше , чем переданное цилиндром хо­
лодильнику. Разность теплоты затрачена на то , чтобы совершить работу. Ци�;.1
Карно 11зображен н а ч ертеже дважды. r - так его изображают обычно во
всех учебниках и книгах,
жертвуя
точностью ради наглядиост11 . Что­
бы представить себе , как в дей ствительности выг.,яд11т
г.рафик цик.1а
Карно, рядом при ведено его точное изображение rr для одн ого моля од ноатомного
идеа.1ьного газа (гелия) в пределах от Тх =10 0°Ц до Т11 =500° ц. Этот чертеж
стоит внимательно рассмотреть. На нем объемы выражены в моля рных объемах,
давление -в атм осферах. Нанесены тр11 изотермы : 0° ц; 100° Ц 11 500° Ц. Точно
проведены и линm1 адиабат . Выигры ш работы представлен за штрихованной шю-
щадью цик.1 а.
дала холодильнику Qx джоулей:.
В работу превращено по перво­
му началу термодинамики Q 1 1 -
-
Qx джоулей. Таким образом,
машина смогла прев ратить в ра­
боту не все тепло, полученное от
нагреват еля, а только часть его :
Т._QH-QX
1- QH
•
Эта величина называется в
термодинамике коэффициентом
полезного действия машины.
Мы его можем легко вычи­
слить, если примем во внима­
ние , что, по условиям адиабати­
ческого сжатия, объем газа из­
меняется в одно и то же число
ра з,
Внут ренняя энергия идеального газа зависит
только от температуры, а она не меняется . Сле­
довательно , газ совершает работу только за
счет тепла, полученного от нагревателя.
И работа равна теплу:
Подставляя значения Q8 и Qx ,
получим
после сокращения замечательны·й рез ультат:
коэффициент полезного действия тепловой ма­
шины, работающе й: по циклу Карно, равен
Qн = RT"ln�.
V1
При адиабатическом расширении газ работу
совершает , а тепла не получает.
168
Тн -Тх
'tj=
Тн
Он оп ределяется только температурами на гре­
вателя п холодильника и не зависит больше
ни от чего.

Не искушенный в термодинамике читатель
должен был прийти в недоумение : где же второй
закон термодинамики? В чем же он состоит ?
Весь расчет коэффициента полезно1'0 дей­
ствия был проведен, п о-видимому , только на ос­
новании закона термического равновесия и пер­
вого закона . Никаких дополнительных зако­
номерностей как будто бы не понадобилось.
Но так только кажется . Новое здесь в требовании
располагать по 1:\райней мере двумя источниками
теплоты с различными температурами, чтобы при­
вести в действие тепловую маши ну . Из-за этого
требования в работу превращается не все кол иче­
ство теплоты , полученное машиной от нагревате­
ля, и коэффициент полезного действия машины
получается меньше еди ницы. Это новое названо
вторым началом термодинамики .
Второе иa:чLJio териодинаии1си
А что будет , если тот же самый цикл :Карно,
работающий с идеальным газом, провести на­
оборот? Это сообразить нетруд но. Такая машина
заберет тепло от холодильника, превратит
полност ью в тепло затраченную на осуществле­
ние цикла работу и сумму теплоты отдаст нагре­
вателю. Получится холодильная машина .
Предст авим себе , что у нас две машпны. Обе
работают по одинаковому циклу :Карно, между
однимt и теми же температурами. У обеих
машин и нагреватель и холодильник общие .
В одной из них работает идеальный газ , а во
второй - любое другое вещество. Будут ли
коэффициенты полезного действия этих машин
одинаковыми или разными?
Допустим сначала, что коэффициенты полез­
ного действия двух таких машин различны.
Все равно у каl:\ОЙ машины к.п.д . больше ,
какая машина лучше - та, в 1:\оторой работает
идеальный газ , или же та, в которой содер­
жится какое-т-о другое вещество. Проделаем
с обеими машинами следующий сложный цикл.
Машину, у которой к.п.д. больше, за­
ст авим совершить нормальный цикл. За счет
части тепла, взятого от нагревателя, получим
работу, а остальную ча ст ь тепла отдадим холо­
дильнику. Вторая машина хуже , ее коэффици­
ент полезного действия меньше. Мы пол учили
бы от этой машины за счет такого же количе­
ства тепла, взятого от нагревателя, меньше ра­
боты и больше тепла передали бы холодильни­
.ку. Но мы заставим ее работать в обратном
направлении, .как
холодильную машину.
В этом случр.е она заберет от осолодильника боль-
НАУКА, НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
те тепла, чем отдаст ему первая машина , за­
тратит на это меньше работы, чем получено в
первой машине, а нагреватель получит обратно
ровно ст олько же тепла, сколько забрала
первая машина . И в результате нагреватель
ос�а нется без изменения.
Теперь соединим обе машины вместе и за­
ставим первую приводить в действие вторую.
При этом в нашем распоряжении останется
избыток работы. Обе вместе они будут представ­
лять собой такую машину, которая черпает
тепло из холодильника и превращает его в ра­
боту. Этот результат , 1:\онечно, не прот иворечит
первому закону термодинамики. Но еслп бы
это было возможно, мы могли бы построить
вечный двигатель, .который работал бы вечно за
счет неисчерпаемых запасов энергии , ск рытых ,
например,
в Ледовитом оl:\еане , в воздухе,
в любом море - где угод но. Такая машина
названа вечным двигателем второго рода .
Второй закон термодинамики утверждает,
что вечный двигатель второго рода невозможен.
Такое утверждение, конечно, только пересказ
щэ инципа :Карно и сведен ий больше, чем этот
принцип, не содержит.
Следовательно, коэффициент полезного дей­
ствия машины, работающей по циклу :Карно,
не может зависеть от вещества , работающего
в цикле. Для тепловой машины, работающей
по циклу :Карно с любым веществом, макси­
мально возможный коэффициент полезного
действия должен быть все равно равен
Тн -Тх
'1)= тн
Это поистине уд ивительное уравнение . Ему
под•,шняется вся современная техника . Из-за
него в наше время уходят с железных дорог
на слом паровозы. В .котле паровоза нельзя
нагреть воду до достаточно высокой темпера­
туры, и нельзя от сжигаемого топлива полу­
чить много работы. Паровозы невыгодны. В дви­
гателях внутреннего сгорания температура
в цилиндрах гораздо выше, и поэтому они более
экономичны . Это простое и ничем с виду не при­
мечательное уравнение заставляет теплотех­
ников строить котлы на электрост анциях с мак­
симально возможным высоким давлением , что
само по себе совершенно не необходимо. Нужна
высокая температура . Но что поделаешь, если
упругость водяного пара очень быстро растет
с повышением температуры.
Это уравнение заставляет металлургов
вырабатывать сверхпрочные жаростойкие ста­
ли, конструкторов - со:щавать новые много-
:157

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
ступенчатые турбины сверхвысон ого давления,
чтобы получать огромную мощность. Химинов
оно заставляет разрабатывать для носмических
ранет новое горючее с 111 ансимально высоной
температурой горения.
Почему ие"1ы1я построить
в,�1,еа.11ьн�·ю иаmнн�·?
Основным требованием , положенным в ос­
нову машины, работа ющей по цинлу Иар­
но, было полное равновесие между нагревате­
лем и газом при расширении, между холо­
дильнином и газом при его сжатии. Газ обя­
зательно должен изменять свой объем при
постоянной темпе ратуре, точно равной темпе­
ратуре источнина тепла. Но есл11 между ними
нет температурной разницы , тепл о не м ожет
переходить от нагревателя н газу. Если
'
эта
разность очень мала, то передача тепла будет
оч ень медленной. При беснонечно малой темпе­
ратурной разности переход будет беснонечно
медленным , т. е. ,
попросту, такая машина
работать не с.м ожет , потому что те процессы,
на ноторых она основана , прантически неосу­
ще ствимы . Не меньшую трудность представляет
требование полного равновесия между нагруз­
ной на поршень и из отермичесю1 изменяющим ся
давлением газа. Если нагрузна будет больше,
газ сожмется , его температура повысится , рав­
новесие будет нарушено - машина перестанет
быть идеальной . Зачем же таную невозможную
маш ину придумывать, рассчитывать и обсуж­
дать, если ее все равно нельзя построить?
о
. Цикл д6игаmелR
6J1
1
Jmpe 1111eгo сгооаиия
rотто)
р
v
о
Идеальная тепловая машина , сове.ршая цинл,
нрайне близна н состоянию тер11
1
ичесного равно­
весия с источниками теплоты и крайне близка
к состоянию механического равновесия с источ­
ником работы .
Подобные процессы называются квазиста­
тическими (как будто бы равновесными) . У них
есть важная особенность: перемена направ­
ления процесса на обратный (расшпрение газа
на сжатие) меняет тол ько знаки у теплоты
и работы на обратные . Абсолютные их значе­
ния не меняются . Даже мысленно тольно при
квазистатичесних процессах в цикле мы .могли
заставить машину Карно работать в обратном
направлении с теми же результатами, только
обратными по знану.
Сов ременная термодинамика имеет дело гл ав­
ным образом с такими нвазистатическими,
внутренне противоречивыми по существу про­
цессам и, которые не могут происх одить - оста­
ются всегда в равновесии . От этого выводы тер­
модинамики ничего не теряют в своем пранти­
ческом значении.
Примером может служить ее второй закон.
•(Ско.J
J
ь ко н ужно снежков,
что6ы натопить печь?))
Так иронизировал лет двести назад знаме­
нитый философ и естествоиспытатель Д ид ро.
Его насмешливый вопрос по существу совершен­
но правилен и совсем не бессмыслен.
Отапливать снегом можно, но дорого. Мало
т ого, это постоянно происходит пон сюду, где
р
о
Ци
и
IЩ/JО6Ой
f'fQШUJl/JI
v
Рис. 17 . Схематизированные изображения циклов в наибоJ1ее распространенных двиrателях. Сде8а - цикл двиrателя виут­
реннеrо сrоравия (так вааываемый цикл Отто) . Так работают двиrатеJlн автомобилей и старых самолето•· В еере­
дине - цикл двиrателя Дизеля. Этот двиrатель более экономичен и применяется в машинах с большой мощиоотью:
в тепловозах , судовых двиrателя х. С>1.рава - цикл паро вой машины. Этот цикл наименее экономичен. Во всех этих маши ­
нах испоJ1ьауется адиабатическое рас ширение рабочего вещества (raaa HJIH пара) . Оно наиболее выrодно. В двиrатеаях
ввутреяиеrо сrораяия вспышка r ааовоздушяой смеси происходит мrво веяво , и об'Ъем поршяевоrо пространства ве успе ­
вает яамевиться . В двигателе Дизеля топ.ливо подается постепенно, и ero rорение протекает при постоянном давJ1еяии .
В паровой машине при постоянном давлении подается пар. Коэффициенты пoJJeaяoro действ11я всех этих машин, ко-
нечно,· аначите.льяо ниже , чем у ядеа.льной машины Карно.
:168

Рис. 18. Схема тепJ1осиJ1овой установки . Пар
по.Dучается в паровом кот.1е (1) и подается в
паропереrреватеJ1ь (2). Отработав в двнrателе
(З), пар идет в конденеатор-хо.Dоднльннк (4).
Конденсатный насос (4) направляет пар в кон­
девсатный бак (6), откуда ов питательным на­
сосом высокоrо давления ( 7 ) подается в котел .
Цикл изменений состояния рабочеrо тела завер­
шен. Источником охJ1аждения СJ1ужит вода, про­
rоняемая циркуJ1яционным насосом (8) через
трубки конденсатора-хоJ1одиJ1ьника . В охJ1ажда-
11
1
щем устройстве - rрадирне (9) наrревшаяся
вода отдает свое тепJ10 атмосферному воздуху и
снова подается в конденсатор.
ест ь самый обыкновенный домашний холодиль­
ник . Ведь теплота , отнимаемая от охлажда­
ем ых продуктов, теплота конденсации и теплота
замерз ания влаги, т. е. теплота образования
снега и его охлаждения, выделяется из холо­
дил ьника и обогревает комнату. В ЭТОJ\1 легко
убедиться, приложив руку к задней стенке
холодильюша: она всегда теплая.
Холодильная машина может с успехом слу­
жит ь и для отопления . Вместо того чтобы прямо
расходовать электроэнергию на обогревание
печей, лучше ее использовать для приведения
в де йствие холодильного цикла и отапливать дом
с ее помощью снегом . Нетрудно доказать, что
эт о вполне возможно.
Пусть температура снега на улице -3°Ц
(предп оложим , что зима теплая, сущность
воп роса это не изменит , а расчет упростит ;
можно снег заменить холодной водой из реки
или хоть даже из Ледовитого океана - будет еще
выгоднее) . Темпе ратуру отопительных приборов
в здании установим в +27° н;. Разность между
обеими темпе ратурами равна 30 °. Абсол ютная
температура нагревателя 27°+273°=3ОО 0К.
Коэффициент полезного действия тепловой
машины , работающей между такими близкими
температурными пределами, очень мал - всего
только:
30
11= 300
= U,1.
Это з начит , ч то если мы захотим получать
в такой машине работу, то из каждых десяти
калорий* тепла, полученных от нагревателя, в са-
• Малая калория-количество теплоты, нужное для
нагрева 1 г воды на 1°Ц. Большая калория равна 1000
малых. Эта единица измерения выходит из употребле­
ния, в СИ она заменена единицей работы - джоулем .
Малая калория равна 4,184 дж. В термодинамике по
традиции иногда еще применяют калорию для измере­
ния теплоты .
НАУКА, НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
мом лучшем случае мы можем превратить в ра­
боту только одну калорию.
Но если мы заставим ту же маши ну работать
в обратном направлении, то, затратив работу,
эквивалентную только одной калории, сможем
передать нагревателю (печке) целых 10 кало­
рий, из которых 9 будут получены от холодил ь­
ника (снега). Чем не подлинное отопление
снегом?
Как намеряют теипер ат уру те11ерь?
Отк рытие второго закона привело к возмож­
ности создать очень целесообразную шкалу
температур. Ее установили, пользуясь поня-
Рис. 19. Схема холодиJlьной установки : 1 - испаритель; раз­
мещенный в холодиJ1ьной камере , окруженной слоем изоля­
ции; 2 - компрессор, в котором за счет сжатия повышаются
дав.1еиие и температура охJlаждаемоrо вещества; З - конден­
сатор, в котором охлаждаемое вещество отдает тепJ10 цирку­
лирующей воде, нескоJ1ько повышая ее температуру ; 4 - ре­
rу.1иру11
1
щий вентиJ1ь, за которым рабочее вещество рас-
ширяется и температура ero опять падает,
:139

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
тием ноэффициента полезного действия обрати­
мой идеал ьной тепловой машины:
А
Т11 -Тх
'1)-
-
-
-
Q- Тн
Умея точно измерят ь полученную работу А
и из расходованное тепло, мы можем устано­
вить новый способ из мерения температуры, но­
торый не будет зависеть от свойств наного­
либо определенного вещества.
Для этого нужно только выбрать одн у на­
кую-либо постоянную температурную точку
(температуру нагревателя Т н)-пусть это будет
точка замерзания воды - и условиться о раз­
мерах одного деления шкалы. Тогда уже просто
построить с помощью тепловой машины всю
температурную шкалу (дл я Т х), пользуясь
вел ичиной ноэффициента полезного действия
машины.
Таная шкала называется термодинамической
шкалой температур или шкалой а бсолютных
те мператур Т . Ее принято отсчитывать от абсо­
лютного нуля и обознач
"
ать в градусах Кель­
вина (0К) ; она очень просто связана с темпера­
турой, измеренной по шкале Цельсия:
Т0=t
0
+ 273°.
На практике, конечно, нет необходимости
строить неосуществимую тепловую машину,
Е
в
160
чтобы использ овать ее в малоподходящей для
н�е роли термомет ра.
Совершенно точно совпадает с термодинами­
ческой ш калой температура , измеренная по из­
менению давления или объема идеального газа.
А его с практически достаточной точностью
можно заменить газом гелием , свойства кото­
рого очень близки к свойствам идеального
газа .
Самый точный термометр наполнен гелием,
и измерение температуры в нем производится
по изменению давления при постоянном объеме.
Такой термометр с.тюжен, громоздок и неудобен .
Он сл ужит только эталоном для проверки
обычных термометров.
� НТРОПИ.Я
Трудная r.i1aвa
Мы уже знаем , как был открыт первый за­
кон термодинамики. На опыте быш, оGпаруже­
на нез ависимость разности поглоще нного систе­
мой тепла и совершенной ею работы от того , какие
1\ руговые процессы происходили в системе . Это
и стало доказательством того, что в мире суще­
ствует замечательная величина , свойственная
любой системе , любо�1у веществу, любому телу, ­
внутренняя энергия. Она определяется только
F
Рис. 20 . Современный гелие­
вый термометр постоянного
объема. Термометрический со-
суд А переходит в стеклянный
капилляр В, кото рый стальным
капнлляром С соединяется с
коротким коленом D ртутного
манометра. Постоянство объ­
ема в термометре контролиру­
ется контактом поверхности
ртути со специальной иглой.
Барометр Е измеряет давление
гслня в длинном колене мано­
метра F. Сосуд G с· гелием
обеспечивает постоянство дав­
ления гели я над ртутью в F.
Сравните С.1ожней шую схему
современного газового термо­
метра-эталона с его предком -
газовым термометром постоян­
ного объема XVllI века (рис. 6) .

состоянием системы и не зависит от того пути,
по которому система в это состояние пришла.
Запомним это и снова вернемся ко второму
закону термодинамики.
Значение к.п.д . обратимой тепловой ма­
шины, работающей с любым веществом (т . е.
величину, показывающую, какую долю затра­
ченного тепла мы можем прев ращать в работу),
можно выразить формулой :
'tj= А=Qн-Qx
Q
Qx
Эта величина равна
Т-Т
Q-Q
ТТ
'tj=
н
х'или
н
х-
н-х
Тн
Qн
-
Тп
В науке часто несложные , простые арифме­
тические действия приводят к больш им и важ­
ным выводам . Относитесь к ним с уважением­
такие действия, несмот ря на их простоту, .иногда
раскрывают большую научную перспективу.
Вам сейчас придется внимательно просле­
дить за, JЧЧ' р бразованием выражения для к. п . д.
Оно преобразуется очень просто. Конечно , это
выражение можно переписать так :
1-_!h_ =1 -.!.:ь.
.
.
Qн
Тн
Затем его можно упростить:
Qx
Тх
Qн--т;
Полученную пропорцию лучше переписать так :
Qн_Qx
Тн
-
Тх
•
Не забывайте, что индек сом «Н» обозначены
тепло, взятое у нагревателя, и его температура ,
а индексом «Х» - тепло, отданное холодиль­
нику, и, соответственно , его температура .
И, наконец , можно написать:
Qн-!h_=О.
Тн
Тх
Учтем , что мы условились считать тепло,
которое система получает, пол ожительным , а
то тепло, котGрое она отдает ,-отрицательным .
Ясно, что этот результат представляет собой
алгебраиче скую сумму отношений теплоты и
соответствующей температуры. Для обратимого
цикла Карно эта сумма оказалась равной нулю:
�(�)=о.
0
В термодинамике принято говорить: сумма
приведенных теплот для обратимого
цикла
Карно равна нулю.
о11д.э.т.з
НАУКА, НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
Оказывается, что это справедливо и для
любого обратимого, т . е . квазистатического ,
цикла, каким бы слож ным оно ни было. Это за­
мечательный результат, один из наиболее важ­
ных для всего естествознания.
Из него сейчас же следует очень важный
вывод : для любой системы и для любого не ­
замкнутого процесса , каким бы он ни был , из
скольких бы стадий ни состоял , обязательно
должно существ овать такое особое свойство
системы, изменение которого при переходе из
одного состояния в другое равно сумме приве­
денных теплот .
Это, конечно, не очень понятно ; не так уж
легк о представить себе , о чем тут идет речь,
а на глядно это свойство вообразить вряд ли
удастся. Но тем не менее такое свойство дей­
ствительно существует в природе , оно играет
важнейшую роль не только в термодинамике ,
но и во всем естествознании, включая даже
философию.
Это свойство принято обозначать буквой S.
Его изменение при переходе системы из
одного состояния в другое равно
i
лs=S2-S1=��·
1
Отк рыл его немецк ий ученый, знаменитый
термодинамик Р . Клаузиус . Это уравнение но­
сит его имя .
Обнаружив в природе новую, ранее не изве­
стную никому величину, Клаузиус назвал ее
странным и непонятf{ым словом «энтропия» ,
которое сам и при.Д умал . Он так объяснил его
значение : «тропе» по-гречески означает «пре­
вращение)>. К этому корню Клаузиус добавил
дье буквы - «эн» , так чтобы получившееся сло­
во было бы по возможности подобно слову
«энергию>. ·
Обе величины настолько близки
друг другу своей физической значимостью,
что из вестное сходство в их названиях было
цел�сообразно .
Отк рытие второго закона позволило обнару­
жить в природе новое замечательное свойство­
энтропию, подобно тому как первый закон
те рмодинамики привел к открытию точного по­
нятия «внутренняя энергия» .
Можно .тrв обнаружить антропвю?
К сожалению, никак нельзя. Человек не
обладает такими органами чувств, которые
давали бы ему . возможность «видетм непосред-
_;1.61 .

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
ственно - «много» или «мало» энтропии содер­
жит система .
Но, пожалуй, ни сожалеть, ни удивляться
по этому поводу не следует . Ведь мы, например,
привыкли к <ш ростому» понятию «энергию>.
Но до того как раздастся выстрел , трудно судить
по внешнему виду пороха в ружейном заряде ,
велик ли запас его внутренней эне ргии.
ЗАЧE!tl НУЖНО ПОНЯТИЕ
«fJНТРО ПИ.Я�>
Тоже тр у;1;ная гоJ
J
ава
Химики совсем недавно завершили синтез
алмазов. Все го несколько лет назад ученые об
этом тол ько мечтали. Столько уже было в ис­
тории наую1 неудачных , бесплодных попыток!
Сверкающие драгоценные камни теперь не
в сказке, а наяву растут в бронированной аппа­
ратуре, под высоким давлением , при высокой
температуре . На заводе
'
синтетических алмазов
могут быть теперь изготовлены самые настоя­
щие алмазы, и при этом стол ьке, сколъно их
нужно технике. Разве это не подлинное чудо?
Это замечател ьный пример того, как наука
су мела осуществить сказ очную мечту.
Технология синтеза алмаза трудна и сл ож­
на . Нонечно , оч ень нелегко ·ра ссчитать и по­
с'Г роить мощную и сложную аппа ратуру. Не­
просто создать в ней нужное давление в сотни
тысяЧ атмосфер. Очень трудно при этом поддер­
живать высокую темпе ратуру. Но все это легк о
и просто по сравнению с самой гл авной , с самой
большой трудност ью, по сравнению с основной
проблемой - ка�< узнать, при каких условиях ,
в каких реакциях углерод может приобретать
форму алмаза. Это проблема теоретического
расчета, без ее решщшя эм пирическ ий поиск
безнадежен. Если преодолена эта трудность,
все остальное раз реш имо.
Проблема промышленного синтеза алмазов­
прим ер типичной термодинамической задачи.
Очень странные процессы использует термоди­
намика для своих расчетов . Квазистатический
воображаемый процесс - это цепь почти равно­
весных состояний системы. Меняется квазиста­
тический процесс на обратный - меняются на
t>братные 11 передачи теплоты и работы . Абсолют­
ные их значения оста ются прежними. После про­
теиания обратимого процесса можно восстано­
вить первоначал ьные состояния всех его уч аст­
ников-самой системы, источников тепла, источ­
ников работы- без каких-либо изменений в он-
t.62
ружающей среде , т. е. в остальном мире . 1\ обра­
тимому, квазистатическому процессу предъяв­
ляются взаимно противореч ивые требования :
быть процессом и быть равновесием , т. е . не
быть процессом . Чтобы осуществить такой про­
цесс, нужны идеальные условия, подобные
тем , которые были установлены в цикле 1\арно.
Все реальные процессы, протекающие в дей­
ствительности, нестатические - все они необра­
тимы. Их нельзя по желанию провести в пря­
мом и обратном направлении, не оставив ника­
кого следа в окружающем мире . У всех измене­
ний в природе есть определенное нап равление .
Термодинамика должна помочь исследова­
телям заранее узнать, пойдет ли реал ьный
процесс , не осуществляя его в действительно­
сти. Это ее основная задача . Для этого и нужно
понятие «энтропия».
Энтропия - это свойство системы, которое
полностью определяется сост оянием системы. 1\а­
кими бы путями ни перешла система из одного
состояния в. другое , изменение ее энтропии будет
всегда одно и то же . Но вычисл ять изменение эн­
тропии термодинамика умеет и может толъно
на квазистатических, обратимых путях . В этом
случае изменение энтропии точно равно сумме
приведенных теплот :
82-s1=�(!1-)
� Т обратимый
Если же в системе происх одили необрати­
мые, нестатические процессы , если в ней проте­
кали процессы теплопередачи при конечных
пе репадах температуры, процессы, связанные
с трением , любые реальные процессы , а началь­
ное и конечное состояния при этом были теми же
самыми, то изменение энтропии будет обяз а­
тельно точно таким же , но сумма приведенных
теплот в необратимом процессе уже не будет
равна изменению энтропии.
Вот поэтому-то термодинамика рассматри­
вает и изучает придуманные , несуществующие
квазис.т атические процессы . Они дают возмож­
ность рассчитать и определить изменение энтро­
пии для реальных процессов, для иоторых непо­
средственно сделать это нельзя.
Зачеи ученои�· 11ужно анать днтр опию?
Во всех реал ьных процессах, при которых
система может сама любым необратимым путем
самостоятельно перех одить из одного состоя­
ния в другое , общая энтропия всех уча стни­
ков процесса может только воз растать.

Это и дает возможность исследователю зара­
нее предсназать, .нан пойдет неизвестный про­
цесс , заранее предвидет ь, при нанпх условиях
ему уд астся заставить еще не изученную на
опыте реанцию пойти в нужном направлении.
Для эт ого ученому необходимо иметь сведения
об энт ропии всех участнин ов процесса , внлючая
источнини теплоты.
т·к
"1
1
0
700
600
soo
1
40
0
300
4
200
fOO
о
о
T=Cons t.
soo •c
Q
T= Const
1оо•с
Цикл Карно dлR одного
NOЛR ltЛUR
2
1
- ЗнтропиR S
J
калории
ноль. ера4111:.
3
Рис. 21 . П рименение понятия <сзнтропия » значительно упро ­
щает сл ожные расчеты. Вот , напr,шмер, как просто изобра­
жается в координатах Т - S (температура - энтропия)
тот же самый цикл Карно для одноrо моля идеальноrо газа,
который представлен на рис. 16, 11. В теплотехнике такой спо­
соб изобр11жать циклы тепловых машин общеприн ят. Он очень
удобен. В этом случае пл ощадь цикла соответств)'ет теплоте "
полученной системой .
Химичесн ая реанция, нан и любой другой
процесс , связана с работой (в резул ьтате реан­
ции могут выделяться или поглощат ься газо­
образные вещества или изменяться объемы
реагирующих веществ и, следо вательно, может
совершаться ра бота расширения или реанция
может протенать в химическом источниnе тона
и совершать элентричесную работу и т. п .).
Химичесная реанция, нан и любой другой про­
цесс , всегда сопровождается обменом тепла с
оn ружающей средой . Если реанция идет тольно
с погл ощением тепла , систему нужно нагревать.
Если тепло выдел яется - охлаждать.
11*
НАУКА, НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
Для проведения расчета очень уд ачно то, что
энт ропия источнин ов работы не может изме­
няться . Ведь в понятие «работа» не входят ни
теплота , ни температура . Это очень сильн;)
упрощает расчет энтропии.
Изменение энт ропии источниnов теплоты
нужно обязательно учитывать, хотя это и услож­
няет задачу.
Если реанция , нан и любой процесс, может
быть проведена обратимо, то ра счет изменения
энт ропии прост. В качестве прим ера мож­
но ра ссмотреть любой из оте рмичесю1й процесс
(испарение , плавление, из оте рмическое расшире­
ние) . В этом случае существует , кроме системы,
только один источник тепла. Их темпе ратуры
одинаковы . Тепло, поглощенное системой , отдано
источнином (нагревателем) . Насnолько увели­
чилась энтропия системы , настолько же умень­
шилась энт ропия источник а. Общее изменение
энт ропии равно нулю.
Это очень важное занлючение справедливо
для любых процессов, в которых уч аствует
любое ноличество источнщi::>В теплоты , если
тольн о эти процессы нвазистатичесн пе - обра­
тимые . Можно высназать общее положение :
в любом обратимом процессе общее изме­
нение
энтропии равно нулю. Справедливо
и обратное положение : если общее изменение
энтропии равно нулю , то процесс обратимый .
Таная зависимост ь очень важна . Она и позво­
ляет ученому не наблюд а ть за процессом п р и
всех условиях . Ему достаточно знать только
начальное и конечное состояния системы и источ­
ников теплоты, и он с�южет судить, был ли этот
процесс обратимым или нет .
Обратимый процесс в сущности никуда не
идет , никуда не нап равлен . Это цеп ь равновес­
ных состояний . Реальный , необратимый, неста­
тический процесс такой особенностью не обла­
дает , именно потому, что он не равновесный,
он самопроизвольно идет только в одну сто­
рону. Только в том направлении :может идти
реальный процесс , в котором общая энтро­
пия, т. е . энтропия системы вместе с энтро­
пией всех источников теплоты, может только
возрастать. Обратное пол ожение тоже справед­
ливо: если обща я энтропия воз растает , то про­
цесс необратим и может самопроиз вольно про­
текать в нужном направлении.
Если расчет приводит к результ ату, согласно
которому обща я энтропия уменьшается , то про­
цесс невозможен . В данном направлении он
не пойдет . Всякие попытки осуще ствить такой
процесс будут абсолютно без надежны . Этот
энт ропийный принцип широко используется
1@3

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
в науке и технике, и в первую очередь в химии
и химической технологии, для суждения о том ,
можно ли осуществить нужную химическую
реющию или получить нужное вещество.
Для облегчения таких расчетов, часто очень
сложных , существуют специальные справочные
издания, в которых собра ны в таблицы заранее
рассчитанные значения энтропии различных
химических соединений .
Как же вычвсоJiвть ентропию ?
Вычислить вообще энт ропию системы, энтро­
пию любого тела нельз я , точно так же, как нель­
з я вообще определить его энергию. Вычислить
можно только изменение энтропии при пе­
реходе системы из одного состояния в друтое ,
если этот переход провести квазистатическим
путем . Расчет этот по существу прост , правда,
из-за недостатка эксцериментальных данных
часто он становится сложным и трудным ,
а иногда и невозможным . Чтобы вычислит ь
энтропию, нужны точные измерения теплоем­
костей и тепловых эффектов, необход имо также
знать уравнение состояния.
Чтобы получить понятие о том , как в п ро­
стейшем случае рассчитывается энтропия, полез­
но внимательно рассмотреть график , на котором
приведен расчет изменения энтропии воды .
т·х
t•ц
-т
40С
Р= f aml'focpepa
1
�.=
100
Специального названия для единиц , в кото­
рых измеряют энтропию, не придумано . Ее
измеряют в
калория
.
моль · градус
Что такое 8нтропия ?
Много был о дано ответов на вопрос, что
такое энтропия, но ни один из них не может
быть назван полностью удовлетворительным .
Самый точный ответ такой : изменение энтропии­
это сумма приведенных теплот в о братимом про­
цессе. Ясно? Для специалиста-термодинамика
ясно и достаточно. Нам же , пожалуй, стоит
познакомиться еще с одним определением
энт ропии.
Вернемся к циклу Карно. Из всего тепла
Qн , как мы знаем , в работу можно превратить
не больше, чем Q8 -Qx . Тепло, отданное холо­
дильнику, при данных температурах нагревателя
и холодильника в работу уже не прев ратишь!
Оно для нас потеряно, пропало без пользы. Со­
считать, сколько же такого обесцененного
тепла, нетрудно . Не меньше чем
Qx=�
н·Тх.
н
Но величина �
н
-
это не что иное, как изме­
н
пение энтропии нашего работающе го в цикле
Лор
при 1оо •ц
леа
при о•ц
t
С/'fесь 6оаы и пора
при 1оо •ц
Рис. 22 . Рассмотрим на при­
мере воды, как надо рассчи­
тывать энтропию. Прежде все­
rо нужно выбрать начальное
состояние системы. Пусть это
будет состояние льда при 0° ц.
Во всех процессах, протекаю­
щих при постоянной темпера­
туре , изменение энтропии на­
ходится очень просто - оно
равно теплоте приведенной об-
300
f
о
t
200
�
-100
/'t
::,
��
,•;:i
"
��
100
��
��
�
�
i�
1
1
1
1
1
Ткнп
t.S= ')."+fc tiT + >.кип
Тм Тпл Т Ткип
90 АlJl.S39
лS=i7з t-f·c11. 21з + Щ
1
1
1
==
==
==
==
==
==
=-
,-
ратвмоrо п роцесса
!f. Это
справедливо и для плавления
льда, и для испарения воды.
Для ваrр евавия воды расчет
усложняется , ее температура
п ри наrревании от 273° К до
373°К изменяется непрерывно.
Позтому приходится суммиро·
вать бесконечно малые изме­
нения энтропии. для вычис·
леиия энтропии нужно знать
теплоемкость и теплоту пре­
вращений . Теплоемкость воды
С= 1 калории на rрамм при из­
мевеliв и температуры на t rpa·
дус. Для воды теплота плавле­
ния = 80 калориям на rрамм.
Теплота испарения при 100°Ц-
5 39 калорий на rрамм. Точ­
ный расчет энтропии очень
rромоэдок и труден. Приходит-
..
.
..
.&.
----т
-----
---+=-�-.--+=;,.
.;,:,
--
.!lfl---..
.:
Э:.
.:
н.:.:11
1
:.:;р� О:.
.:
п:.:и:.
.:
:
R:___,.
..
.;.;
'
д
�
S
З•!.
..
..
-�S ся учитывать , как влияет на
изменение теплоемкости не
1
дS,
-0,5
Q5
1.84
'
t$
Z ,ЩOJ!jlJJ. только изменение тeмпepaтy­
Z.l,/JIJ
JJ
IJC ры, во и изменение давления.

вещества при получении им тепла от нагрева-
вия
Qн=ЛS.
Тн
Следов ательно, потерянное для нас беспо­
лез но тепло, которое мы не можем превра­
тить в работу , равно
Qx
= ТхЛS.
Это дает нам возможность дать еще одно
оп ределение энтропии, не такое строгое и точ­
ное , но чуть-ч уть более наглядное : энтропия ­
это мера обесцененной энергии, бесполезной
энергии, которую нельзя использовать для
получения работы.
Так 'ITO же такое дитропня ?
l\ак вы думаете , что произ ойдет, если кусок
сахара положить в стакан горячего чая? Нет,
это не шутка, это очень важный вопрос. Ответ
на не го, очевидно, всем известен. Сахар раство­
рится , чай станет сладким . Но молекулы сахара,
участвуя в тепловом движении при температуре
горячего чая, могут беспорядочно двигаться
в ст акане куда угодно, и, в частности, любая
из молекул может рано или поздно оказаться
у дна стакана . В этом нет и не может быть со­
мнения .
Но если каждая из молекул способна на это ,
то почему бы им всем сразу не собраться одно­
временно на дне ст акана , да так , чтобы снова
возник бы из воды растворившийся в ней
кусок сахара. Возможно это или нет? Конечно,
нет . Но почему?
Раскаленный конец кочерги, вынутый из
печи, быстро остывает на воздухе. При этом
воздух нагревается , воз растает средняя скорость
его молекул . В воздухе, находящемся в терми­
ческом равновесии, существуют молекулы с раз­
ной энергией, среди них есть и очень быст­
рые , «горячие» молекулы. Их распределение
и направление их движения беспорядочны.
l\аждая из таних молекул может оказаться
в любом месте . Может быть, стоит подождать,
пока холодная кочерга снова раскалится под
уд аром таних быстрых молекул . Почему бы
им не собраться «случайно» всем в одном месте
и не на греть хол одный металл? Возможно это?
Конечно , нет . Но почему?
Продырявленный футбольный мяч шипит
и «испускает дух» - опадает . Но ведь моле­
кулы воздуха движутся беспорядочно во все сто­
роны, соверJ:ПаЯ тепловое движение . Почему бы
НАУКА, НЕОБХОДИМАЯ В СЕМ
им совершенно «случайно» не начать двигаться
в одну и ту же сторону, так чтобы дырявый
мяч сам собой снова надулся ? А это возможно?
Ну конечно , нет ! Но почему?
Почему нельзя обратить явление диффузии?
Почему необратимо явление теплоп роводности?
Почему не может само собой повыситься давле­
ние газ а? И почему всегда «сами собой» идут
обратные процессы выравнивания температур,
выравнивания давлений, выравнивания кон­
цент раций? Все они связ аны с воз растанием
энтропии системы. Что это значит?
С точки зрения молекулярно-кинетичесних
представлений все это объясняется довольно
просто и наглядно: любая система стремится
перейти из менее вероя тного состояния в более
вероятное .
Наиболее вероятное расп ределение молекул
газ а - это равномерное расп ределение по объе­
му. Наиболее вероятное расп ределе:ше скоро­
стей молекул - это также совершенно опреде­
ленное равномерное распредс;:rоние в разных
частях системы . Если в системе появятся откло­
нения в концент рации, температуре или давле­
нии, то возникнут сююстоятельно идущие
процессы выравнивания и они снова приведут
систему в состояние равновесия - в наиболее
вероятное состояние .
Чтобы лучше понять, что такое термодпнамп­
ческая вероятность данного состояния газа,
нужно перечитать во втором томе ДЭ главу
о вероятности. В термодинамике вероятностью
w данного состояния системы называют общее
число способов , которыМ'И можно это состояние
осуществить, переставляя одну молекулу на
место другой.
Gвяз ь между вероятностью данного состоя­
ния системы и ее энт ропией была установлена
двумя знаменитыми учеными- Гиббсом и Больц­
маном . На простом примере ысжно это лепю
показать. Известно , что энтропия газа пропор­
циональна его количеству. Это значит , что энтро­
пия всей системы равна сумме энт ропий е�
отдел ьных частей. Разделим газ з:а две частп,
тогда очевидно, что
S=Sгf-S2•
По законам теории вероятности, вероятность
данного состояния всего газ а равна произ веде­
нию вероятностей его отдельных частей:
W=Ш1·Ш2•
Таним образом, суммированию энтропий
соответствует умножение термодинамичес:кпх
вероятностей состояния отдел ьных частей. Из
1.6ii

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
всех математических функций такими свойства­
ми обладают только логарифмы .
Таким образом, энтропия должна быть про­
порциональна логарифму термодинамической
вероя тности ;
S = klnw.
В этой формуле k=� , где R - газовая по­
стоянная, N - число Авогадро .
Следовательно , энтропия системы опреде­
ляется вероятностью ее состояния . Это очень
важно.
Большой самостоятельный раздел науки­
статистическая термодинамика, в основе кото­
рого лежит представление о статистической при­
роде энтропии, - достиг замечательных успе­
;хов. Химикам во многих случаях теперь не
нужно проводить дол гие , трудные и дорогие
эксперименты. Они могут рассчитать нужные
им реакции, хорошо изучив молекулярные
спеRтры интересующих их соединений.
Стоит специально изучить эту новую, прав­
да , трудную, но интересную и увлекательную
науку до.же только для того , чтобы понять,
как же это оказалось возможным , изучая свет ,
расrчитывать и строить химические заводы.
ТРЕТИО . ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
Третий закон (по общем у счету он четвер­
тый и пока последний) - основной закон тер­
модинамики. Он был открыт в результате
исследований в области низких температур.
Отк рытие второго закона подтвердило, что
существует абсолютный нуль температуры, пред­
сказанный еще Ломоносовым, первым исследо­
вателем низ ких температур, впервые сумевшим
заморозить ртуть и искусственно получить очень
низкую темпе ратуру (-65°Ц) .
Из уравнения второго закона
А
Тн -Тх
'tJ=
--
= �'"=-�--
Qн
Тн
следует , что возможно существование такой
предельно низкой температуры, при которой
всt: тепло Qн , взятое от нагревателя, может
быть полностью превращено в работу. Как вид­
но из уравнения , это осуществимо то.1
1
ько при
Т х = О. Это и есть термодинамическое определе­
ние абсолютного нуля.
Энтропийный метод расчета направления
те рмодинамических процессов обладает суще­
ственным недостатком . Как мы уже знаем, чтобы
рассчитать возможность любого процесса ,
:166
нужно знать как изменение энтропии системы,
так и изменение энтропии источников теплоты­
и тех , от которых система получает тепло, и
тех , которым его отдает.
Но изменение энтропии системы часто бы­
вает очень трудно определить, а иногда даже
совсем невозможно. Такой расчет ведь может
быть проведен только с помощью обратимого
процесса . А для этого нужно знать, при каких
условиях изучаемая система м.о жет находиться
в равновесии.
Те исследователи, которые захотели бы на
основании только одн ого второго закона рас­
считать процесс получения алмазов, должны
был и бы эRспериментально, на опыте из учить,
при каких условиях графит находится в равно­
весии с алмаз ом , подобно тому как лед с водой.
Затем им приш лось бы осуществить при этих
условиях превращение графита в алмаз , изме­
рив теплоту превращения. А это практически
невозможно.
Необходим ость экспе риментально опреде­
лить равновесие очень снижает ценность эн­
тропийного принципа, но, конечно, не обес­
ценив ает его. Зная изменение энтропии при
одних условиях, можно рассчитать его при лю­
бых других значениях температуры и давления.
Такие энтропийные расчеты - главное содер­
жание большой самостоятельной науки - хими­
чес кой термодинамики .
Вычисляя изменение энтропии , нельзя обой­
тись одним вторым законом без того, чтобы на
опыте не из учить равновесное состояние при
каких-либо определенных условиях . Эта боль­
шая принципиальная трудность бы.'lа термоди­
намикой преодолена . Изучение поведения веще­
ства вблизи абсолютного нуля , в области очень
низких температур, и теоретические исследова­
ния теплоемкости тел на основе квантовой тео­
рии привели к установлению еще одного-треть­
его Закона термодинамики, который впервые
был высказан известным немецким физ ико-хи­
миком Нернстом .
Согласно третьему закону, по мере прибли­
жения температуры любого тела к абсолютному
нулю изменение его энтропии , при изменении
его любого свойства , тоже стремится к нулю
и становится предельно равным нулю при дости­
жении абсолютного нуля . Хотя эта формули­
ровка и звучит подобно детской ск ороговорке,
она выражает очень важный закон природы.
Знание его сильно повысило возможность тер·
модинамического предсказания :
S2-s1�0.
т-о

Это математическое выражение третьего зако­
на поз воляет провести полный расчет химиче­
ской реакции, не проводя никаких предвари­
тельных экспе риментальных исследований хи­
мического равновесия. Решая проблему син­
тез а алмаза, исследователи были освобождены
благодаря третьему закону от необходимости
пред ва рительно из учить хотя бы одно равно­
весие между алмазом и графитом. Раз и на­
всегда, для любой системы, а следовательно,
и для алмаза стало из вестным изменение энт­
ропии при абсолютном нуле , хотя, как мы
знаем , он недостижим.
На этом примере мьt и рассмот рим, как
решается термодинамикой расчет возможности
осуществить новое, неиз вестное осимическое
превращение ,
В основе расчета теперь лежит знание,
1\ак изменяется энтропия при переходе графита
в алмаз при абсолютном нуле. По третьему
заl\ону, это изменение равно нулю. Зная тепло­
емкости графита и алмаза в пределах от абсо­
лютного нуля вплоть до высоких температур,
всегда можно вычислить, l\al\ изменяется энтро­
пия при превращении графита в алмаз при
л юбой температуре .
По уравнению состояния графита и алмаза
можно вычислить изменение энтропии и для
любого давления.
Далее нужно еще ' знать теплоту перехода
rрафита в алмаз (чтобы вычислить изменение
энтропии источника теплоты). Ее можно найти,
из мерив теплоту сгорания и графита и алмаза.
Из этих данных , по закону Гесса , легко нахо­
дится теплота пе рехода, нужная для расчета.
По изве стным теплоемкостям и по уравне­
нию состояния можно пе ресчитать теплоту пе­
рехода от ее значения при обычных условиях
на любые значения температуры и давления.
Таким путем и могут быть получены все
данные , необходимые для того, чтобы можно
было предсказать условия, при которых воз­
растает общая энтропия в процессе превращения
графита в алмаз , при которых может , следова­
тельно, происходить самопроизвольное образо ·
ванне алмаза.
Этот те рмодинамический расчет требует П}ilед·
ва рительных точнейших исследований теплоем­
костей, точного знания уравнений состояния
в очень широких пределах темпе ратуры и дав·
ления. Но такой термодинамический расчет
был проведен советскими исследователями, и
этот расчет полностью оправдался. Недавно в
НАУКА, НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
СССР был с успехом осуществлен промышлен­
ный процесс синтеза алмаз ов. Без термодина­
мики это было бы невозможно.
По.1J11и-1
1
-1
1
иарда ураввевиА
Термодинамика основана всего на четырех
законах . Эти законы представляют собой обоб­
щение огромного опыта, накопленного науl\ой
в течение ст олетий.
Пользуясь могучим · аппаратом математики,
и в первую очередь методами дифференциаль­
ного исчисления, термодинамика устанавли­
вает связи между самыми разнообразными явле­
ниями и процессами. Ее всеобщие законы при­
ложимы 1\О всем отраслям физики и химии:
к свойствам газ ов, жидкостей и твердых тел ,
к химическим реакциям , к магнитным и элект­
рическим явлениям. Они приложимы 1\ гранди­
озным космическим процессам, изучаемым астро­
физ ик ой. Ее ВЬ1Воды неоспоримы и нез ыблемы.
Один известный ученый подсчитал общее
число уравнений, 1\оторые могут быть полу­
чены термодинам1шой : их число оказалось
невообразимо большим - свыше пятисот мил­
лионов уравнений. А ведь 1\аждое из них
отражает реальную закономерность, действи­
тельную связ ь между свойствами вещества,
между явления ми, протекающими в пашем ре­
адьном мире. Без термодинамики пе было бы
и не могло бы быть современной теплотехники,
не было бы химической промышленности, не
было бы мета.тш ургии•. не существовала бы, в част·
ности, и промышленность удобрений. Синтез
аммиака из водорода и азота , синтез иск усст­
венного жидк ого топлива, синтез алмаз ов -
во 'всем этом проявилась мощь те рмодина мики.
В совокупности знаний, без которых нельз я вы­
вести на орбиту космический 1\орабль, термо­
цинамика занимает важное место.
Без помощи термодинамики не может обой­
тись ни одна область естествознания, ни одна
точная наука. В области своего применения
термодинамИRа обладает такой большой воз­
можностью предсказания, что по справедливо­
сти может быть названа прядущего вестником» .
Тот , кто знает и любит термодинамику, овла­
дел ее методами и научился их применят ь, по­
истине может быть назван современным кудес­
ником.
Термодинамику должен изучить каждый,
кто любит науку, каl\ОЙ бы из отраслей знаний
он ни собирался посвятить свою жизнь.
•

ДВИЖЕНИЕ И ЭВЕРГИJl
СВЕТ
Задумывались ли вы над тем , что все живое
па Земле существ ует только благодаря лучистой
энергии солнечного света? Если бы на нашей
планете не было атмосферы, которая отражает
и лишь частично поглощает энергию Солнца ,
поверхность земного шара там , где солнечные
лучи падают на нее отв есно , получал а бы за ми­
нуту 8 , 37 дж (2 калории) на 1 см2 • Эта величина
называетсясолнечной постоянной
и измерена с большой точностью вне атмосфе­
ры Земли с помощью ракет.
Рис. t.
Если учесть , что Солнце осв ещает только
половину поверхности земного шар а (рис . 1), мож­
но подсчитать , что за секунду оно посылает на
вашу планету энергию , которая выделил ась бы
при сгорании 40 млн . т каменного угля ! l\ руп­
нейш ая в мире электростанция могл а бы вы­
работать такое количество энергии лишь за
30 лет. Без солнечного света Земля стала бы об­
леденелым , безжизненным космичесним телом .
На Земле нет других в какой-то мере сравни­
мых с солнечным св етом источников энергии.
:168
Растения (а значит , и все живое) существуют
за счет энергии Солнца. Сжигая в печах камен­
ный уголь и нефть , мы расходуем энергию сол­
нечного света , когда-то запасенную растениями .
Включая электрическую лампочку, электро­
мотор, мы потребляем солнечную энергию :
в свое время вода , вращающая турбины гидро­
электростанции , была превращена солнечной
энергией в пар и перенесена в тучах на возвы­
шенности .
На Землю падает лишь около четырех деся­
тимиллиардных долей энергии , излучаемой Солн­
цем. А вся его энергия образуется в результате
термоядерных процессов . Масса сол нечного веще­
ств а непрерывно превращается в энергию . При
этом 1 г массы равнозначен энергии , выделяю­
щейся при сгорании 20 ООО т угля.
Мы не знаем точно , как именно преобразует­
ся масса Солнца в энергию . Ясно только , что это
происходит в термоядерном процессе (см. главу
«Химия Вселенной» в ст. «Великий закон»). И, кро­
ме того , мы знаем : энергию этого гигантского
«термоядерного реактора» доставляет на Земл ю
свет.
ЧТО МЫ ПОНИ1'1АЕМ
П ОД CJIOBOM «СВЕТ>)
Итак , свет - это поток энергии . Энергия
может передаваться по-разному, в частности
колебательными процессами . Пока что мы будем
рассматривать свет как электромагнитн ое излу­
чение, такое же, как радиоволны , во волны
его гораздо короче. В фотометрии - науке, изу­
чающей световые лучи ,- светом называется
электромагнитное излучение, ощущаемое глазом
человека. Такое излучение дают волны, длина
которых лежит в ди апазоне между О ,39 и О,75 мк .
В этой статье к понятию «св ет>) отнесены и не
видимые глазом лучи , т. е. св етом названы элек­
тромагнитные излучения с длинами волн, выхо­
дящими за эти пределы. Ведь и академик
С. И . Вавилов в книге «Глаз и Солнце>) писал :
«Существует бесконечное разнообразие явле­
ний , которые нам придется назвать световыми
и которые невидимы>).
СВЕТОВЫЕ JIYЧH
В однородной среде свет распространяется
прямолинейно. Эта истина был а известна более

чем 2000 лет назад, когда зародил ась наука о
свете . Доказать это легко (рис. 2) . Пер ед
светящимся телом S на расстоянии l поставим
экран с круглым отв ерстием, диаметр которо­
го равен d. Если размеры тела S значительно
меньше, чем l и d, тогда источник света (S)
называется точечным . За экраном в параллель­
ной ему плоскости поместим лист белой бумаги :
на нем появится правильный светлый круг .
Это и доказывает , что св ет идет прямолинейно .
А
Рис. 2,
Если l намного больше, чем d, то конус
SB , заполненный светом, называют световым
лучом . Такой луч можно изобразить в виде
прямой SA , совпадающей с осью симметрии
конуса .
Св ойство света распространяться прямоли­
нейно можно использовать для изображения
предметов . Например , есл и в абажуре лампы
проделать небольшое отверстие (рис. 3) , то на
потолке появится светящаяся полоса , напоми­
нающая подкову. Это - изображение раскален­
ной в лампе нити . Отверстие пт может быть
любой формы , лишь бы
его наибольший линей­
ный размер был намно­
го меньше, чем нить
лампы .
Разобьем нить лам­
пы на малые участки,
каждый из которых мож­
но считать точечным
источником света . Тог­
да участок 1 даст на по­
толке пятнышко 1' ,учас­
ток 2 - ПЯТНЫШIЮ 2'
и т. д.В результате из та­
ких пятныш ек пол учится
изображение всей нити .
Продел айте такой опыт
сами . Если вы окружи-
те лампу непрозрачным
СВЕТ
!Материалом , чтобы потолок не подсв ечив ался,
то сможете получить на потолке изображение
не только нити , но и всего баллона лампы .
В летний день в тени дерев а у всех св етлых:
пятен на дорожке одинаковые очертания , хотя
у просв етов в кроне дер ев а самая разнообразная
форма. Каждый из небольших просв етов дает
на почв е изо бражение Солнца .
Один из простейших оптических прибо­
ров - камеру-обскуру - может сдел ать каж­
дый из читателей. Это небольшой ящик, не
пропускающий внутрь себя посторонний свет
(рис . 4) . В одной из его стенок проделано очень
Рис. 4.
маленькое отв ерстие (0 ,2 мм) . В противополож­
ную стенку ящика вделано матовое стекло . С по­
мощью камеры-обскуры можно получать изо­
бражения любых предметов , испускающих или
отражающих св ет . Если вместо матового стекл а
поместить в ящик св еточувствительную пластин­
ку, можно получить и фотоснимок . Ста ринные
фотографии - дагерротипы получали именно
таким способом : с помощью камеры-обскуры,
без каких-либо объективов .
169

ДВИЖЕНИЕ . И ЭНЕРГИЯ
САМА.Я БОJIЬША.Я СКОРОСТЬ
Еще в 1676 г. датский астровом Рёмер , на­
блюдая спутники Юпитера, вычислил скорость
света в пустом пространстве. Расстояние от
Солнца до Земли в 150 млн . км свет проходит
всего за 8 минут . По современным давным его
скорость равна 299 792 км/сек . В формул ах эта
величина всегда обозначается буквой с.
С особой тщател ьностью скорость света в
з емных условиях измерил американский физик
Альберт Майкельсон . Из его опытов оказалось ,
что скорость света не зависит от скорости его
источника .
·Представим себе, что на корабле, стоящем
на якоре, стр еляет по цели А пушка, уста­
новленная на его носу (рис . 5) . Скорость снаря­
да - Vc . Если корабль снимется с якоря и
пойдет вперед со скоростью Vк , скорость снаря­
да относительно цели А будет уже равна
Vc + Vк • А скорость снаряда относительно цели
В ИЗ ПУШКИ, установлеНIЮЙ на корме корабля, бу·
дет равна Vc - v11 • Итак , при стрельбе в вапра·
влении движения кораб.т�я его скорость прибав·
ляется к скорости снаряда , а при стрельбе в
Противоположном напр ав.т�ении - вычитается.
Свет этому простому правилу не подчиняется.
Если вместо пушек будет уста новлен а на кораб·
Jie лампа , то свет ее вспышки дойдет до равно·
отстоящих от корабля пунктов А в· В одно­
временно , :какой бы ни был а скорость корабля ,
даже если она сравнима со скоростью света.
·
Астрономы с помощью мощных телескопов
обнаружплп так называемые двоiшые з везд ы
(см. вт. 2 ДЭ ст . «Звезды и глубины Вселенной»),
которые находятся от нас на расстоянии многих
световых лет. На рисунке 6 схематически изоб·
ражена такая звезда . О на состоит из двух звезд :
звезда 1 вращается вокруг з везды 2. Предполо­
жим , что звезда 2 неподвижна относительно
Земли и что орбита з везды 1 лежит в одной
плоскости с Землей . Величина скорости вра·
щения звезды 1 постоянна и равна v. Тогда
в п оложении А к СI\орости света , идущего о т
этой звезды к Земле, прибавилась бы с1юрость v,
а в п оложении В эта скорость вычиталась бы .
Рис. 5.
:170
Если свет из точки А доходит до Земли за время
t+ "t, то на путь из точки В ему потреб уется
время t. Время запаздывания 't обусловлено
уменьшением скорости света на величину v
в точке А и таким же увеличением в точке В.
Если из положения В звезда 1 приходит в по­
ложение А за то же время 't, то на Земле наблю­
датель увидел бы изображение звезды 1 одно­
временно в двух точках ее орбиты: А и В. Но
юш то из астрономов никогда не наблюдал мно·
гократные изображения двойных звезд . Значит,
движение звезды 1 не влияет на скорость испус·
к аемого ею света. Это и есть одно из доказательств ,
что скорость света не зависит от скорости его
источника.
Причину этого явления уд алось объяснить
Альберту Эйнштейну. Для этого он создал тео­
рию относительности , в основу которой положен
факт , полученный опытным путем : независимость
скорости света от скорости источника .
Из теории относительности вытекает , что
.
не существ ует скорости большей, чем скорость
света в пустоте (в вакууме) . Это предель­
ная скорость в природе .
Другое важнейш ее следствие теории отно­
сительности - связь между массой и энергией .
Энергия Е, заключенная в массе т, равна квад­
рату скорости света в пустоте , умноженному на
эту массу: Е = тс2
•
Это соотношение играет
громадную ро.'IЬ в пон имании физики атомного
ядра, астрофизики и других наук.
Вот к каким глубоким выводам привело
измерение скорости света! Рассказывают , что

Эйнштейн однажды спросил Май:кельсона, по­
чему тот занимается именно измерением с:ко­
рости света. И Майкельсон ответил : «Потому
что зто дьявольски интер есно!)> Май:кельсон за­
нимался зтимп исследов аниями почти всю жизнь :
задача был а трудной и решать ее было интерес­
но . Он, :конечно , и не предполагал , что его экс­
перименты помогут Эйнштейну создать гениаль­
ную теорию относите.11ьности .
OTRYДА Б ЕРЕТСЯ ЦВЕТ ?
Еще в средние века было изв естно , что луч
белого света , проходя через стеклянную приз­
му, становится цветным . Считалось , что под
действием стекла свет м еняет свою о краску. Бе­
лый цвет казался тогда людям самым простым .
СВЕТ
ОТКРЫТИЕ МАКСВЕЛЛА
В 60- х годах прошлого стол етия английс:кий
физик Джемс Клерк Максвелл предложил тео­
рию электромагнитных нолебаний (см. ст . «Элек ­
тромагнитное поле)>) . На основании этой теории
была вычисл ена скорость распространения та­
них :колебаний в пустоте . О:казалось , что ско­
рость зле:ктромагнитных :колебаний: не зависит
от длины их в олн и равна с:корости света . Мак­
свелл предпол ожил , что свет - также эл ектро­
магнитные :колебания , т. е. периодичес:кие изме-
пения зле:ктрического и магнитного полей в
простр анстве. А лучи различного цвета отли­
чаются лишь частотой :колебаний магнитного и
злектричес:кого полей или длиной волны этих
:к олебаний.
Частота колебаний световых волн зависит
Да и в наши дни человек , незнакомый со свой- от их длины:
ствами света , думает именно так .
с
"=т·
В 1672 г. английский ученый Исаак Н ьютон
опроверг зто ложное представление. Н а пути
солнечного луча , проникающего в темную :ком­
нату через малое отверстие в ставне о:кна, он
установил стеклянную призму (см. рис. 1
на цвет. табл. у стр. 176). Пучо:к света в призме
«переломился» , и на экране появил ась цв ет­
ная полоса. Эту полосу ученый назвал с пект­
р о м. С помощью второй призмы Н ьютону
удалось из цветного спе:ктра получ ить о пять
белый свет.
В этой формуле " - частота :колебаний волны,
Л - ее длина, а с - скорость света.
Предлагаем вам самим, пользуясь этой фор­
мулой , проверить , соотв етств ует ли в нижепри­
веденной таблице дл ина волны ее частоте у
наждого из цветов видимо го спектра.
В другоl\1 опыте Ньютон поставил между
о тверстием в ставне и сте1шянной призмой з:кран
с узкой щелью . Перемещая ще·ль , можно было
направлять на призму различные одноцветные
пучки: синие , зе.'lеные , желтые , :к р асные. Ока­
залось , что больше всего отклоняются приз­
мой фиолетовые лучи и меньше всего - :крас­
ные . Одноцветный луч не р азлага ется призмой
на другие цвета. Тююй луч называется м о­
нохроматичес:ким,т.е.одноцветным.
Вывод из этих опытов был
Частота
в 1000 млрд.
колеба ний в сек
460
490
530
580
625
670
730
ясен : белый свет состоит из мно- Как аапоинить ?
жеств а цветных лучей .
Световые лучи преломл яют­
ся призмой по-разному, в з ави­
симости от цвета (точнее , в за­
висимости от длины волны) .
Благодаря этому и в озни­
:кает спектр.
Преломляясь в дождев ых
наплях , белый свет разлагает­
ся на лучи разных цветов спект­
ра. Так был а объяснена Ньюто­
ном радуr а.
Ученики старой гимназии, чтобы
лучше запомнить порядок расположе ­
ния цвето в в сол нечном с пектре , при­
думали забавное изречение :
.Каждый
(красный)
охотник
(оранжевый)
желает
(Же Л ТЫЙ)
знать
где
(з еленый),
(ГОЛубОЙ)
сид ят
фаааны
(С ИНИ Й)
(фиолетовый).
1 Д.'lИНа ВОЛНЫ
1
в м11кронах
Цвет
·о ,65
:красный
0,61
оранжевый
0,57
желтый
0,52
зе.11еный
0,48
годубой
0,45
CllНll Й
0,41
ф11ол етОJ;1 ЫЙ
Пожалуй ,-
1юе-кому 11з вас зто
« Мудрое»
полез ным.
правило может оказат ься
17J

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
BO,JIШEБHЫii ПРИБОР
В 1868 г. было солнечное зат11
1
ение. Наилуч­
шие условия для наблюдения солнечной :коро­
ны были, по вычислениям астрономов , в Ин­
дии . Именно туда поехал французс:кий астро­
ном Жюль Жансен . Кроме обычных оптичес:ких
приборов , он решил использовать для наблю­
дений и спе:ктроскоп , изобретенный еще в 1859 г.
С помощью спе:ктрос:копа Жансен исследовал
протубер анцы - оранжево-:красные язы:ки пла­
мени , вырывающиеся с поверхности Солнца .
В них он обнаружил неизвестный на Земле эл е­
мент - (< солнечное веществ о» . Одновременно с
Жансеном тот же элемент открыл в солнечной
:короне и англичанин Норман Локьер .
Новый элемент был открыт на расстоянии
150 млн. км от наблюдателей ! Назвали его ге­
лием (от гречес:кого слов а (< гелиос)> - солнце) .
Лишь сп устя 27 лет этот элемент был найден и на
Земл е. Его получил из минерал а клев еита ан­
глийский хими:к Уильям Рамзай.
УСТРоПство СПЕКТРОСКОПА
Ньютон применил для анализа света приз­
му . Метод анализа спектров усов ерш енствовал
в прошлом столетии немецкий физик Густав
Кирхго ф. Он создал первый спектрос:коп . С по­
мощью этого прибора было совершено немало
выдающихся открытий . Главной деталью спе:к­
троскопа осталась призма .
Если световой луч падает на плоскую грань
призмы (рис . 2 на цвет. табл . у стр . 176),
т. е . на границу раздел а двух сред (воз­
духа и стекла), под углом �. то кан ая-то
часть света отразится , а другая часть войдет
172
в стекло и преломится в нем , т. е . изменит свое
первоначальное направлен ие. При этом все
три луча - падающий А -А, отраженный Б-Б
и преломленный В-В
-
лежат в одной пло­
скости с перпендик уляром, опущенным на грань
призмы в точ ку падения луча А-А. Угл ы сх и �
связаны зависимостью :
sinсх=пsin�·
Преломляемость лучей света характеризует­
ся показателем преломления п. Для лучей
с разной длиной волны преломляемость разная .
Эти111 законом опреде.� я ется ход лучей в призме .
Лучи света с разной дл иной волны призма
спектроскопа отнлоняет на разные углы. Ес л и
на призму падает луч, представ.т�яющий собою
смесь 1nелтого и зеленого монохроматических из­
лучен иii, то же.1
1
та я часть луча будет отклонена
призмой меньше, чем синяя. При этом цвет па­
дающего .�уча будет зеленым. У каждого сорта
стекла свой показатель пре.1
1
ом.1ения для лучей
с в0Jшю1ш определенноii длины. На основании
этого рассчитывается ход лучей в призме
спе:ктроскопа .
Напр1шер , у сорта сте.кла К-8 показател ь
преломления для лучей синего цвета п = 1,522
(Л = 0,486 мк) , для лучей желтого цвета nп =
= 1,516 (1- = 0,589 .мк) . На рисун:ке 4 цветной
таблицы у страницы 176 показана оптическая
схема простеiiш его спектрос1юиа . Труба D
называется :ко.:ышматором . П еред ее щел ью А
установлен псточни:к света , спе:ктр которого
должен быть изучен . Свет пламени будет вы­
ходить из 1\олли111атора почти параллельным
пуч.ко111 , или , как говорят , пучком малой расхо­
димости . На расстоянии f от щели А располо­
жена дв оя.ковыпуклая линза L - .кусок стекл а ,
поверхность 1\Оторого образована частями сфе­
ры. В просторечии такую линзу называют уве­
личител ьным стеклом .
На рисунке 7 изображена двоя.ковыпу:клая
линза. Ось А-А, перпендик улярная :к поверх­
ностям линзы 11 проходящая через ее центр , на­
зывается гл авной оптичесl\ой осью . Если на
линзу бросить пучоl\ параллельных лучей све­
та, то все они соберутся в одном малом пятныш­
ке F, ноторое можно принять за точ:ку. Эта
точка называется фокусом линзы . Плоскость ,
проходящая через фокус линзы перпенди:ку­
лярно главной оптической осп , называют фо­
кальной плоскостью . Еслп параллельный пучок
падает на линзу под углом � 1\ оси А -А, то он
соберется в точке В фо:кальной плоскости . Угол
BOF будет равен углу сх. Есю1 в точ:ках В и F
поместить точечные источниnи света , то их лучи

F
��--
.
-·-А\
1
������..:
::
:
�if-"-::
::
:.
.-
--�i1 8
1
1
r-
-
f�
Рис. 7. На линзу спектр оскопа падают под разиым11 углами
параллельные цветные пучки св«.>та . В фокальной плоскости
:�той линзы цветные 11 зображеиия щещ1 А лежат в раз.�11ч-
ных м«.>стах.
выйдут из линзы параллельными пучк ами ,
угол между осями которых равен а. .
Вернемся к оптической схеме спектроскопа
(рис. 2 на цвет. табл. у стр. 176). Щель колли­
матора А расположена в фокальной плоскости
линзы L1 • Эта щель, как правило, должна быть
очень узкой. Если перед щелью помещены дв а
источника света - же,пого (Л. = 0,589 .м к) и
синего (Л. = 0,470 мк) , то световые пучки, прой­
дя через призму, дадут в фокальной плоскости
линзы L2 два изображения щели - же
.ТJ
тое и
синее . Их можно увидеть , если в фокальной
плоскости В-В поставить матовое стекло . Меж­
ду главной оптической осью линзы L 2 и осями
этих световых пучков образуются различные
углы: для желтого цвета - угол а.1 , для си­
него - угоJ1 а.2 •
В спектроскопе матовое стекло не ставят,
а рассматривают спектр через дополнительную
линзу - окуляр . Эта линза дает увеличенное
изображение спектра и позволяет изучать его
детали.
Ньютон разложил белый свет очень просто ,
без каких-либо дополнительных линз , потому
что у него бьш очень интенсивный источник
света - Солнце . В яркий солнечный день осве­
щенность примерно в тысячу раз больше,
чем освещенность , которую создает лампа на-
Теория в практика
Американск11й физик Роберт Вуд
в конце прошлого столетия учился
в одном из американских университе­
тов. Жил он в то время, как и
бол ьшинство ст)·деи тов , в частном
пансионе. У студентов появилось
подозрен11е, что хозяй ка пансиона
добавляет в котлеты оставшиеся после
аа втрака недоеденными куски мяса.
Одва1кды Вуд положил за за втраком
СВЕТ
каливания мощностью в 100 вт на расстоянии
1 м. Солнечные лучи падают на Землю почти
параллельным пучком, расходимость тако­
го пучка всего 30'. Значит , у Ньютона не
было необходимости создавать параллельный
пучок и линза L 1 была ему не нужна . Ньютон
мог отнести экран на большое расстояние. За
счет этого разноцветные пучки света в его опыте
хорошо р азделялись; правда , уменьшалась осве­
щенность экрана, но с таким ярким источниnом
света , как Солнце, это не играло роли. Поэтому
не нужна ему был а и линза L 2 • Источнюш
света , с которыми обычно имеют дело совреме н­
ные исследователи , во -первых, дают пучки боль­
шой расходимости (за исключением звезд , свет
:к оторых анализируют спектроскопом) , а во-вто­
рых, их яркость ничтожна по сравнению с
яркостью Солнца .
RAR СПЕКТР ОСКОП
ОБНАР�' ЖllВАЕТ Xll1'111 ЧECR11it
�.ilEitlEHT
Поставим перед щелью А :к олшшатора
газовую горелку (рис . 4 на цвет . табл . у
стр . 176) . Введем н·а платиновой проволочке в ее
почти бесцв етное пламя поваренную соль -
соединение натрия с хлором (NaCl) . В окуля­
ре спектроскопа мы увидим две очень близкие
друг к другу желтые линии - дв а изображения
щели А. Эти же линии и точно на том же месте
появятся , если в пламя вводить др угие со­
единения натрия . . Такое совпадение дока­
зывает , что эти линии принадл ежат именно
натрию .
, Поставим перед щелью разрядную ртутную
лампу . В поле зрения окуляра появится мно­
жество разноцветных линий , из них дв е особен­
но яркие: зеленая (Л. = 0,546 мх:) и желтая
(Л. = 0,577 мк) . Эти линии принадл ежат ртути .
Внесем в пламя горелки соль каJIИЯ, пламя
в оставшийся на тарелке кусочек мяса
немного соли лития . А вечером В уд
проделал опыт над кусочком котлеты "
поданной на обед . Он поместил ero
в пламя горелки , установленной перед
коллиматором спектроскопа. В поле
зрения окуляра появилась красная
линия пития. А в обычном мясе л ития
никогда не бывает. Подозрен ия сту­
дентов подтвердились!
173

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕ РГИЯ
окрасится в фиол етовый цвет , а в спектрос1юпе
мы увидим красную п фио.11етовую линии. Све­
тя щиеся парь� каждого химического эл емента
излучают только ему одному присущий свет ,
который состоит из набора монохроматических
излучений . Такое монохроматическое излучение
мы в дальнейшем будем называть спектральной
лию1ей . Итак , св етящиеся пары каждого эле­
мента излучают серию вполне определ енных
спектральных линий - линейчатый спектр.
Спектральные линии всех эл ементов собра­
ны в таблицы , где указаны дл ины всех волн
соотв етствующих им серий . Если в пламя го­
релки внести неизвестное химическое соедине­
ние, то по спе.ктральны111 линиям, появ11вшимся
в поле зрения спектроскопа , мы , пользуясь
табл11ца111и, безошибочно определим химический
состав этого соединения . Такой способ аналйза
веществ оказался очень быстрым и, гл авное,
весьма чувствительным . Одной десятимиллиард­
ной гра111ма соли .калия достаточно, чтобы обна­
ружить его среди других элементов .
С помощью спектроснопа немецкие ученые
l\ирхгоф и Бун з ен обнаружили в минера.1е
.
к арналлите .красную и синюю спентральные ли­
нии . Их нельзя было приписать ни одному пз
изученных .к тому времени ()Лементов. Исследо­
ватели предположили, что имеют дело с ка­
.ними-то еще неизвестными элементами . И дей­
ствительно , Бунзену удалось выделить из .кар­
наллита новые элементы : рубидий (.красная ли­
ния) и цезий (голубая линия).
СОЛНЕЧНАН ЗАГАДКА
Немец.кий оптик Йозеф Фраунгофер в 1821 г.
заменил призму в спе.ктроскопе дифра.кцион­
ной решеткой - устройств ом , .которое гораздо
сильнее разделяет световые лучи , чем призма.
На щел ь такого усоверш енствов анного спектро­
скопа Фраунгофер направил солнечный св ет .
l\ свое111 у удивлению , он разл ичил в сплошном
спектре Солнца деся тки черных полосок . В честь
его эти полоски теперь назыв аются фраунrо­
феровыми линиями.
Много времени прошло после этого открытия ,
прежде чем физики разгадали секрет фраунго­
феровых линий. Мы не будем подробно описы­
вать этот путь , а изложим , как в наше время
на у ка объясняет фраунгоферовы линии в
спек тре .
Свет лампы накалив ания дает в окуляре
спектроснопа непрерывный сплошной спектр .
Но есл и на пути этого света окажутся парь�
:174
какого-то веществ а , в спектре появятся темные
полосы . Напри11
1
ер , поставим перед щелью А
спиртовку, а в спирте раств орим немного пов а­
ренной соли (рис. 4 на цвет. табд. у стр. 176).
Сквозь пламя спиртовки направим в щел ь свет
электрической лампы наналив ания . В сплошном
спектре на том месте, где должны быть линии
н атрия , появятся дв е темные полоски . Парь�
натрия поглотили из свет3. лампы как раз те
участки волн , которые они сами излучают
(рис. 5 на цвет. табл. у стр. 176).
Темные полосы появились потому, что свет
лампы, проходящий в спектроскоп , намного
интенсивнее , чем свет горелки . Хотя на участки
спектра D1 и D2 от пламени гореш а1 по-прежнему
падает стол ько же света , они кажутся темными
на фоне яркого спл ошного спеRтра. Если лампу
выключить , казавш иеся те111ными линии натрия
опять приобретут свой обычный цвет . Спектр
с те111ны111и полоса:ми , характерными дл я опре­
дел енного эл емента , называется спектром погло­
щения этого элемента.
Сп.:10шной спектр дают жидкости и раска­
ленные твердые тела. Солнце , по существ у , рас­
каленная жидRость и потому испускает непре­
рывный спектр . Вид11111ая нами поверхность
Солнца - фотосфера - окружена газовой обо­
лочкой - хромосферой . Температура хромо­
сфер ы такова, что все элементы в ней находятся
в виде паров . Фотосфера излучает св ет со сплош­
ным спеRтром, а хромосфера поглощает излу­
чения , соотв етствующие спектру поглощения
тех эл ементов , парь� которых в ней присутст­
вуют.
АБСО.1JЮТНО ЧЕРНОЕ ТЕЛО
l\аждое тело, даже светящееся , в той или
иной мере поглощает св ет . Наибольшей спо­
собн(1стью поглощения обладают тел а , окра­
шенные в черный цвет . Почти полностью погло­
щает свет сажа. От поверхности , покрытой
сажей , отражается только сотая доля света ,
упавшего на нее.
Тело , которое поглощает целиком все падаю­
щие на него лучи , называется абсолюти о
чернымтелом.Скажемсразу:вприроде
таких тел не быв ает . Однако можно создать
Прибор, излучательные свойства которого
очень близко подходят .к абсолютно черному
телу. Этот прибор представляет собой пол ость
с отверстием (рис. 8). Попав в отверстие а,
луч света многократно отражается от черных
стенок полости и практически полностью погло-

тится . Отверстие а и
есть абсолютно черное
тело.
Но если черное те­
ло, в том числе и абсо­
лютно черное, не отра­
жает падающие на него
лучи , это совсем не зна­
чит, что оно вообще не
излучает н1шаю1 х лу-
Р11с. 8 .
чей . Происходит Ra.I\ раз
обратное: ед иница по­
верхности абсол ютно черного тела изл учает энер­
гии больше, че;\·, таная же ед иница поверхности
любого другого тела , нагретого до таной же тем­
пературы (рис. 9) .
Чтобы понять, на.!\ излучают энергию рас­
наленные тела , нужно з нать , нак ее излучает
абсолютно черное тело.
а
Рис. 9. Тем ные 11 светлые предметы по-разному иа.1учают свет
пр11 различной температуре : «) фарфоровая тарелка с тем­
ным узором при комнатной температуре , 6) та же тарелка ,
нагретая до высокой Тf'М nературы ; << темные)> места теперь
светятся ярче сс светлых�� а Светлые места и пр11 комнатной
температ)· р е иа.1учают меньше , чем темные, но зато ою1 с11ль-
нее отражают свет др)·гих источюшов.
КАК И�НIЕРИ"1
1
11 TEJIIIEPATYPY
CO.J llЦA
Спектр любого твердого тела, нагретого до
любой темпер атуры , можно измерить спектро­
метром . Этот прибор представляет собой сл ег.1\а
измененный спентроскоп.
В фональной плосности линзы L2 установ­
лена пластина с узной вертикальной щелью В
(рис. 2 на цвет. ·табл. у стр. 176). Если трубу D
поворачив ать вокруг верти.1\альной оси , то
через щел ь В будет проходить свет только узю1х
участнов сплошного спентра. Перед щел ью А
коллиматора установлена лампа накаливания ,
а за щел ью В - болометр : очень тонRая , за-
СВ ЕТ
черненная 111 еталличесl\ая полос.1\а, ноторая
одинаl\ово поглощает световые лучи с л юбой
дл иной волны .
Чем больше энергии излучения поглощает
болометр , тем сильнее он нагрев ается и тем
больше становится его элеl\тричесное сопро­
тивление. Элентрпчес.1\ое сопротпвленпе бол о­
метра легно измерить и тем самым опредст1ть ,
наную энергию испус1•ает нпть лампы в раз­
личных участl\ ах спе"тра.
Попытаемся построить графин , в 1• отором
будет отражено, ка к зависит энергпя, излу чаемая
1 c�i 2 абсолютно черного тела, от ДJшны во.Тiны
(рис . 10) . В изJ1учеюш абсолютно черного тел а
невоз;\ю;кно обнаружить энергию, соответ­
ств ующую излучению волны со строго опреде­
ленной длиной . Поэтому приходится . изл1е­
рять энергию излучения в "аном-то уз"о1
1
1
участне спеl\тра, например в ди апазоне от /, 1
до Л 2 • Если эту энергию разделить на ширину
участ:ка Л.2 - Л1 , то определится излучательная
способность Ел абсолютно черного тел а д.ilя
волны дшшой Л, лежащей между во.1нам11 ),
1
и Л.2•
Отложим значение Ел по оси ординат , а по
о си абсцисс - дл ину волны Л. Получим Rрив ую
с мансимумом .
120
110
100
�о
80
70
60
40
з
20
о
Р ис. 10. 3ависимость 11злучате.чьной способности • л абсолютно
черного тела от д.•ины во.1ны излучения (для разных его тем­
ператур) .
175

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Предположим , мы построили график зави­
симости (рис . 11) для тела, нагретого До 6000 ° R
(фотосфер а Солнца) . Самое большое значение ел
будет при длине волны лm = 0,5 мк . в обе стороны
от этой точки регистрируемая в спектрометре
энергия будет убывать . Будем двигаться к крас­
ной границе солнечного спектра. -Уже в области
О,7- 0,75 мк красный цвет переходит в темноту.
Но и в темных участк ах болометр будет . пока­
зывать , что энергия продолжает п_оступать .
Значит , на красной границе спектр Солнца не
><
3
�ЭО+-
-t-
;"
"
�2
:;
11 .10
..
..
.
.;_+-�-4-�-+----+-�-+---"-. л
О
0,28 О,80 0,78 1,00 1 ,28 1,80 Микрон
Рис. t 1. Распределение энергии в спектрах Солнца и абсолютно
черного тела при 6000° К и 6i>00°K.
заканчив ается , хотя излучения с длиной волны
больше 0,75 мк человеческий глаз не воспри­
нимает .
Здесь начинаются невидимые инфракрас­
ные лучи - инфракрасная область оптиче­
ского спектр а. Инфракрасное излучение при­
мерно в области 500 мк переходит в диапазон
радиоволн (см . ст . «Радио»).
То же происходит и на другом конце спект­
ра. За фиол етовыми лучами в области волн в
0,4 мк начинается невидимое ультрафиолетовое
излучение , которое где-то около волн в 0,002 мк
переходит в рентгеновские лучи (см. цв ет . табл .
у стр . 177) . Спектральные области наиболее ко­
ротких ул ьтрафиолет овых луч еii 11 наиболее
длинных рентгеновских лучей нак.11адываются
друг на друга .
Инфракрасную область света излучают спек­
трометром, призма которого изготовлена из
кристалла каменной (поваренной) соли. Даже
специальные сорта стекла (тяжелый флинт)
полностью поглощают инфракрасное изл уче­
ние , начиная с волн длиной в 2,7 мк. А каменная
соль пропускает это излучение с дл иной волны
178
до 13,5 мк . В инфракрасном спектрометре вме­
сто линз поставлены вогнутые металлические
зеркала, хорошо отражающие инфракрасные
лучи .
Ультрафиолетовое излучение исследуют с
помощью оптических деталей из кварца или
флюорита. Кварц слабо поглощает это излучение
до волны в 0,18 мк, а флюорит - до 0,12 мк.
Поместим перед спектрометром с призмой
из каменной соли абсолютно черное тело , у ко­
торого температура внутренних стенок полости
равна 100 ° Ц. Такое тело не св етится даже в пол­
ной темноте , но болометр , установленный у
выходной щели спектрометр а, позволяет и в
этом случае определить зависимость s,_ от дли­
ны волн . Максимум излучательной способно­
сти тела, нагретого до 100 °Ц , соотв етств ует
длине волны · в 7 ,8 мк. Опыты показали: чем
выше температура полости , тем короче должна
быть длина волны "-т (рис . 10) . Величина "-m как
бы смещается с ростом температуры в сторону
более коротких волн .
В результате этих опытов и некоторых тео­
ретических соображений немецкому физику
Вильгельму Вину удалось вывести формулу,
которая теперь называется законом смещения
Вина: "-тТ = 2897 мк· 0R. Если в эту формулу
подставить "-т в микронах , определится величина
Т - температура излучающего нагретого тела в
градусах Кельвина . С помощью спектроскопа
можно измерить темпер атуру любого тела, даже
температуру Солнца или зв езды .
Иначе , как с помощью спектрометра, узнать
температуру Солнца невозможно . Нельзя же
установить на Солнце термометр ! Но , допустим ,
мы как-то добыли кусочек Солнца. Из какого же
материал а сдел ать термометр? Даже самый ту­
гоплавкий металл - вольфрам плавится при
3000 °1\ . Поэтому темпер атуру Солнца можно
определить только измерением "-т · Так же опре­
деляется температура зв езд , а в з емных усло­
виях - темпер атура сильно нагретых тел , на­
пример раскаленной плазмы (см . ст . «Сто мил­
лионов градусов») .
3'JIЬTPАФИОJIЕТОВА.Я
КАТАСТРОФА
В конце XIX века считалось твердо установ­
ленным , что нагретое твердое тело излу­
чает непрерывные световые волны , теоретиче­
ские расчеты показывали : в этом случае излуча­
тельная способность нагретого твердого тела е1

Таблица к статье "Свет"
Спектры. 1. Схема с11ектроскош1 (на ри�;унке нет линзы, которая обычно ставится меж;(у источником света и
щелью А, чтобы <:обрить на щель больше света) ..
'!. Ход световых лучей через оптическую систему спеКТJЮ·
скопа� .3 , Сплошной 1:пектр. 4. Световые Л)'Чlf перед тем, как войти в щель А,, ПJМ>Ходят через пламя горел-
ки, окрашенное парами какого-.1 11бо химического влемента. :;, Линейчатый 1:пектр натрия.

Физиче«к11е своiiств11 t·ветовых лучей. 1. Призма. fl. Сплошной спектр с укаааиием длины волн каждого цвета.
:1. Инфракрасные .1)·чи обладают теп,1овымн свойствами, в данном случае повышают температуру градусника.
4. У льтрафнолетовые л�·чи об.1адвют химическими свойствами, в данном случае вызывают свечение люмвнОФорв.
6. Кривая внднмостн л)·чей невоор)женным г.1ааом; по осн абс11исс отложены длины воли в мвл.яимикроиах, по
оси ординат - соответствующие интенсивности лучей. 6. Эффект Доплера.

в ультр афиолетовой части его спектра должна
был а бы беспредельно возрастать . Это резко
противоречи ло опыту. Н е могла классическая
физика объяснить, например , и такой простой
факт : почему остывающая печь не св етится
желтым св етом? К концу прошлого века ученые
ст али в тупик перед явлениями , связанными
с изучением нагретых твердых тел . Такое по­
ложение было образно назв ано «ультрафиоле­
товой катастрофой» .
Опытную зависимость е,_ от длины волн и
температуры удалось объяснить в 1900 г. не­
мецкому физику Максу Планку. Для это го ему
пришлось допустить , что свет излучается не как
непрерывная волна , а отдельными порция.ми ,
которые он назвал квантами. Энергия кв анта
равна h'I, где h - постоянная Планка, величи­
на , равная 6,62 · 10 -21 эрг/сек, а v - частота
излучения . Ни одно тело не может передать дру­
гому тел у энергию меньш е кванта .
Гипотеза Планка положила начало кванто­
вой механике, которая стала основой современ­
ной теор етической фи зики . Кстати , только очень
сложная квантовая теория Планка объяснила,
как излучает нагретая печь .
ДАВо.1JЕНИЕ СВЕТА
Свет , поглощаясь в веществе , передает ему
свою энергию в виде теш1а . Но оказывает ли
световой поток механическое воздействие на
тела , которые он освещает?
Великий астроном Иоганн Кеплер еще в
1604 г. объяснил форму хвоста кометы влиянием
св етового давления . Но док азать это удалось
лишь 250 лет сп устя английс 1щму физику Мак­
св елл у. Он вычислил величину светового дав­
ления , исходя из своей теории электромагнцт­
ного поля .
Если на единицу площади тел а за одну се­
кунду падает и полностью поглощается им све­
товая энер гия Е, то световое давление q равно
Е
.
Когда же св ет полностью отражается , то
с
2Е
q= -·
с
Представим себе свет , падающий на какую-то
отражающую повер хность , как поток частиц -
фотонов. Фотоны ведут себя как обычные мя­
чики : они отск акив ают от этой поверхности . Го­
воря языком теоретической механики , вектор
количеств а движения р фотона меняет св ое на­
правление- на противоположное. Полное изме-
о12д.э.т.з
СВЕТ
пение Лр этого вектора равно 2 р. Величина Лр
равна давлению q на поверхность , если на еди­
ницу площади этой поверхности каждую секунду
падает один фотон .
Сравним полученный результат
Максвелла . По этой формуле q =
с формулой
2ЕФ
=2р
с
'
если па поверхность падает в секунду один фо-
тон с энер гией ЕФ. Из предыдущей формулы
следует : �!Р = ре, где р - количество движения
фото на. Но количеств о движения частицы
равно ее массе , умножеиной на ск орость,
а скорость фотона - это скорость св ета с.
Значит , энергия фотона ЕФ=тФс2• Если этот
вывод обобщить на любую частицу массы т, то
Е=тс2!
По формуле Максвелла можно подсчитать ,
что в полдень лучи Солнца действ уют на 1 м2
земной поверхности с силой около О ,00039 н.
Но физики долгое время не могли измерить
световое давление пр актически . Это оказалось
Рис. 12 . Схема опыта п. Н. Лебедева.
слиш1юм сложным . Мно гие уч еные стали сомне­
ваться в полученных Максвеллом рез
.
Ультатах.
Впервые удалось доказать опытным путем,
что световое давление существует , русскому
физику П. Н . Лебедев у в 1899 г. Он подв есил
в вакууме на тонкой нити пару крыльппек ; од­
но из них было черным , другое - блестящим
(рис . 12) . Свет почти полностью отраж ался от
блестящего крылышка и оказывал на н его дав­
ление , на черное I<рылыш ко давление было вдвое
меньшим. Это соответствовало и теории Максвел­
ла . Такое превыш ение давления оказалось
достаточным , чтобы закручив ать нить . По углу
поворота крылыш ек можно определить силу,
действующую на блестящее крылышко, а зна­
чит, и давление света .
Опыт кажется простым. Н о такое впечатле­
ние обманчиво . До Лебедев а попытки измерить
св ет овое давлени е не удав ались" потому что
177

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
конвекция (перенос тепла движущейся средой)
газов и другие фи зические явления оказывали
помехи, в тысячи раз превышавшие световое
давление. Физик Томсон так определил значение
этого опыта : «Я всю жизнь воевал с Максвел­
лом , не признавал его свет овое давление, и
вот опыты Лебедева заставили меня сдаться» .
Интересное явление открыто в последние
годы . У Земли обнар ужился газовый шлейф,
направленный в сторону от Солнца . Этот шлейф
создается давлением солнечного света на газ
в верхних слоях атмосферы .
В Г.JIУБЬ АТОМА
Линейчатый спектр состоит из серий поло­
сок разного цвета . Физики тщательно зареги­
стрировали все эти серии, составили из них ка­
тало ги и, взглянув на спектр, легко наход.�rт ,
какому элементу он принадлежит . Н о очень
долго ученые не могли найти закономерности,
по которым эти серии .построены .
Поставим , например, перед щелью спектро-
графа колбу, наполненную водородом,
заста-
вим этот газ св етиться . Сделать это не так уж
тр удно. В колбу впаяны металлич еские элек­
троды , и до статочно подв ести к ним электр иче­
ское напряжение, как водород засветится голу­
бов атым цветом . Если в плоскости В-В устано­
вить при этом фотопластинк у, а потом проявить
ее, обнаружится ряд линий ли нейчатого спект­
ра: На, Н�, Н1 , Н0 ••• Волны , соответствующие
этим линиям, имеют длину 0,656 ; 0,486 ; 0,434
и 0,410 мк.
"Ученые искали : существ ует ли зависимость
между этими величинами? Существ ует ли зави­
симость в системе линий лин ейч атого спектра
любого другого химического элемента?
Шв ейцарский учитель Бальмер был убежден,
что во всем в природе царит порядок и гармо­
ния . Поэтому он считал, что спектр альные ли­
нии не могут располагаться хаотично . После
долголетних поисков оп в 1885 г. эмпирически
нашел связь между спектр альными линиями .
Оп вывел формулу для линий водорода . А пять
лет спустя немецкий физик Иоганн Ридберг
придал этой формуле совр еменный вид:
+=R(;2 - �2).
Величина R была потом названа постоянной
Ридберrа. R = 109 677 ,581 см-
1
•
Чтобы полу­
чить длину волны какой-нибудь из линий спек­
тра, например На, Н� , Н1 или Н0 , в формулу
Бальмера нужно подста вить одно из значений т:
178
3, 4, 5 или 6. Формула эта дает очень .:гочные ре ­
зультаты. Разн ица между вычисленными п
измеренными длинами волн обнаружив ается
лиш ь в сотых доля х ангстрема .
1 Длина волны в А.
т
1
вычисленная
измеренная
3
6562,80
6562,79
4
4861,38
4861,33
5
4340,51
4340,47
6
4101,78
4101'74
7
397()' 11
3970,07
И лишь через 28 лет после того , ка к Ба.'Iьмер
«угадал» закономерность расположения линий
в спектр е водорода , датчанин Н ильс Бор дал
этой закономерности физическое объяснение .
Атом водорода состоит из электрически по­
ложительно заряженного ядра - протона и
движущегося вокруг него отрицательно заря­
женного электрона. Чем ближе орбита электрона
к ядру, тем меньш е у атома запас энергии , по­
тому что чем дальше друг от друга два эле1<три­
ческих заряда разных знаков , тем больший у них
запас энергии .
Излучив свет ,
.
атом из состояния с больш ей
энергией переходит в состояние с меньш ей энер­
гией . При поглощении света происходит обрат­
ное . По гипотезе Планка, свет излучается кван­
тами . Значит , электрон в атоме может перехо­
ди ть с орбиты на орбиту только скачком.
Нильс Бор предположил , что в ато ме водо­
рода существ ует набор «разрешенныю> орбит.
Электрон в атоме может двигаться только по
этим орбитам . Каждой из орбит соответств ует
определенная энергия ато ма водорода , например
орбите 3 - энергия Е3 •Значения Еп называются
уровнями энергии атома. Н а рисунке 13 показа­
на схема разрешенных орбит водорода . Если
электрон переходит с орбиты 3 на орбиту 2, то
атом излучает энергию е, которая равна энергии
кванта света:
е=Е3-Е2=hv.
Здесь h - постоянная Планка, а v - частота из­
лучения . Физики назыв ают такой процесс из­
лучения переходом атома с энергетического
уравня Е3 на энергетический уровень Е2• Из
этого уравнения можно определить частоту коле­
баний излучаемой световой волны.
Испускает свет или поглощает его атом,
электрон при этом переходит с одной разрешен-

СВЕТ
ной орбиты на другую, иначе го­
воря, атом переходит с одного
энергетIIческого уровня на другой.
Сравнивая уравнения отдель­
ных переходов Ет - Еп = h-1 с
опытньшп данными, удалось оп­
ределить энергетические уровни
водородного атома. Уровень Е1 со­
ответствует на11J11еньшему запасу
энергип в атоJ11е 11 называется ос­
новньш уровнем. В схему энерге­
тичесюiх уровней водородного ато­
ма (см. рпс. 13) вошли и серии ШI­
ний, открытые после исследований
Бальмера .
Ф'Ф�
Я протон
Я атом
Теория Бора - следующий за
гипотезой Планка шаг в развитии
квантовой механикп. Она позволи­
ла с бо.'Iьшой точностью вычис­
лить постоянную Ридберга. Бор
объяснпл процессы, происходящие
в атоме водорода при излучеюш.
Но объяснить с такой же полно­
той излучение более сложных ато-
5
,rЕ2
Е1
Е2
!:1
Е2
5
4
Е1
з
2
. мов теория Бора не смогла. Это
удалось сделать только в 20-х го­
. дах, ног,:�;а !\вантовая теория была
уже достаточно разработана.
Рис. 13. Энергетические уровни в атоме. ЛеваJ< часть рисунка - схема всех
разрешенных орбит в атоме 11одорода; при переходе электрона с более wдаленной
на более б.1изкую к ядру орбиту испускается квант света; переход электрона
с орбиты на орбиту означает переход атома с одного энергетического уровня
на другой. На правой части рисунка показан переход атома с энергетического
Сложные ато�1ы, излучая кван-
уровня Е, на уровень Б" переход атома с уровня Е. на Е, 11 переход атома
с уровня Е, на Е,; каждый переход электрона с 0;:1ной орб11ты на др�т�·ю орбиту
ты света, та!\ же l\aI< и водород­
' ный атом, переходят с одного
�энергетического уровня на дру-
соответствует определенной линии в спектре водорода.
.
гой. И это, конечно, отражается в их спектрах.
Возы1ю1, напрпмер, атом натрия. В его спек­
тре две блпзl\о друг к другу расположенные
: желтые лннии. Схема энергетических уровней
. натрия поназана на рисунке 14 . Атом натрия
может поглотить не только энергию Е2 - Е1,
но и Е3 - Е1• Следовательно, пары натрия могут
поглощать пз.'Iучения с частотой
n'1
-
Ез- Е1
2-
h
Когда энергия атома натрия соответствует уров­
ням Е2 пли Е3, он стрюштся перейти на основ­
ной уровень Е1 , прп этом излучает свет соответ­
ственно с частотой :колебаний '11 либо v2• Атом
не может ни поглощать, ни излучать свет с дру­
гой частотой. Например, в спектре излучения
натрия две яркие желтые линии: D1 (Л = 0,5896 мк)
и D2(Л = 0,589 0 мк); именно на месте этих ярких
линий появляются в сплошном спектре темные
лиюш (рис. 5 на цвет. табл. у стр. 176), когда
свет лампы накаливания проходит через пламя,
под:крашенн?е соляJ11и натрия.
l\IOГ JIH СЖЕЧЬ КОР AI»"111
AJ•XHl\IE;_J,?
Многие тысячи лет назад люди мечтали пере­
дава1ь энергию света на большпе расстояния.
Из глубины веков дошла до нас легенда о том,
как Архимед с помощью зеркал сжег вражесю1й
флот, стоящий на якорях около города Сира­
кузы. Идею <туча смертш использовали и со­
временные писатели. В романе Герберта Уэллса
Рио. 11.
Ез_.__,.
..
.
______..
..;.
______..
.
"
Е2.----+---..
..
----+---"--�..
.
1
1
1
1
E1..
.
..
.
..
.,.
..
.
.•..
.
..
.
.liolo!'!'I'"
"
..
.,.
..
.
..
._
Испускание
1 Пornoщe1t1
1
e
света
J с.sета
17'9
·�

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
«Борьба миров» марсиане лучом перерезали
линкоры боровшихся с ними англичан . В романе
А. Н . Толстого «Гиперболоид инженер а Гарп­
на>> так же уничтожается враж еский флот .
Н о передача световой энергии на расстояние
гораздо важнее для человечества в мирной жизни .
Светом можно было бы рез ать алмазы и туго­
ш1 авю1е металлы . В определенных условиях
могут оказаться незаменимыми оптический
телефон , оптический локат ор ,
оптпч еский
мик рофон .
В большинств е приборов оптичес:кой связи
важно создать наибольш ую освещенность на
возможно большем расстоянии . Освещенность
поверхности - это поток лучистой энер гии ,
падающий за секунду на едини цу площади осве­
щаемой повер хности . Получить больш ую осве­
щенность на очень далеком предмете - это
значит создать на нем высокую концентра'цию
энергии . Д.'lя ;этого необходи м источник света
высокой яр1юсти .
Понятие яркости самое ·сложное и самое важ­
ное в фотометрии . Рассмотрим дв е пло ские пло­
щад1ш S1 и S2, расположенные перпендикуляр­
но OCII 0-0 (рис . 15). За площадкой sl поместим
Р11с. 15.
св етящийся плоский источник Q. Св етовые
лучи проходят одно временно через площадки
S111S2
•
Объем однородноii среды , заполненный
световой энергпей , ограничен линейчатой поверх­
ность ю, т. е. повер хностью , образов анной движ е­
нием прямой линии и этими площадками . Расстоя­
ние между S1 11 S2 равно l. Поток лучистой энер­
гии , проходящий от площадки S1 к площадк е S2,
пропорционален произведению площадей обеих
площадок 11 обратно пропорционален квадрату
расстояния l. В самом деле, если S2 удалить от
S1 на расстояние в k раз большее , чем l, то от
площадки S1 на площадк у S2будет падать поток
эн ергии в k2 меньший . Таким образом, поток
1.80
ss
энергии Ф равен \·2 2 В.
В этой формуле В -
яркость светового пучка там, где находится
площадка S1• Только так можно определить яр­
кость неба , св етящегося газа, луча , идущего от
лазера , и других источников света, у которых нет
определенной свет.ящ ейся поверхности,
Осв ещенн ость Е, создаваемая любой оптиче­
ской системой на большом от нее расстоянии l,
ф
u
Е
kBSВuф
определя ется ормулои = 72 . этои орму-
ле S - площадь линз (или зеркал) оптической
системы, k - коэффициент , поl\азывающий, ка­
кую часть лучистой энергии пропуск ает она .
В формуле этой содержится глубокий физи­
ческий смысл : осв ещенн ость на большом расстоя­
нии определяется размером оптической систем ы
и яркостью источника св ета, причем размеры
u
в
s
источника не играют ник акои роли . еличина Т2
не может быть больш ой , иначе размеры линзы
были бы сравнимы с расстоянием , т. е. зеркада
или линзы должны были бы быть чрезвычайно
громоздкими .
Подсчитаем , например , каков а должна
быть яркость источника света , чтобы с помощью
оптической системы площадью 1 м2 создать осв е­
щенность Е в 100 раз большую , чем освещенность
Земли Солнцем в полдень . Расстояние от ис­
точюшасвета-10км,S=1.1
1
t
2
•
Солнечн ая
постоянная - 0,14 вт/см2
•
Следов ательно:
Е = 14 вт/см2
•
Е/2
В=S
= 1,4·109вт/см2.
Еще совсем недавно казалось немыслимым
получить такую яркость : ведь она примерно
в 100 ООО раз больш е, чем энергетич еская яр­
кость Солнца . По это му считалось принципи аль­
но невозможным создать прибор , который мог
бы пер едав ать концентриров анный световой
пучок на очень большое расстояние.
JIAЗEP
В 19 60 г. поя вился необыч айный источник
света - квантовый световой rенератор. Он
может испускать лучи в милли арды раз ярче
солнечны х. Н азван он лазером. Это слово
составлено из первых букв английского назв а­
ния генерат ора : Light Amplification Ьу Stimu­
lated Emission of Radiation , что в переводе на
русский означает - усиление света с помощью
вынужденного излучения .

Длина волны св ета, генерируемого в лазерах
разлпч ного типа , летпт между 0,25 .мк и не­
сколышми 111икронами .
Сн ачала были созданы лазеры , в которых
о сновной деталью - излучающим телом - был
искусств енный рубин , размера111и и фор111ой на­
п оминающий обы чный карандаш . Рубин - это
прозрачный , роз оватый кристалл Al203 с при­
месью Cr203• Чтобы понять , почему рубин мож ет
быть излучающим телом , надо разобраться в
эн ергетичесю1х уровнях его атомов .
На рис унке 16 пок азана схема энергетиче­
сю1 х уров ней нон а хрома Сг+++ в розовом ру­
бине. Нап111еныuей энергии иона хрома соотв ет­
ств ует уров ень 1, т. е. уровень его осн овного
состояния . Возбужденным состояниям ион а
соотв етств уют уровень 2 и полоса 3, в которой
много энергетич еских уровней . Обл учая кри­
сталл бе.тrы111 свето111 , 111ожно перев ести ионы
хро111а 11з основного состояния на один из уров­
ней полосы 3. Из в сей энергии белого света по­
л езно используется в рубине спе:ктральный уча­
ст ок , соответств ующий перех одам от верхнего
до 1111/i\него края полосы 3. Если бы ширина
полосы 3 был а незначительн а, даже мощному
источюшу света не удал ось бы перев ести боль­
ш ое число ионов хро111а в состояние 3.
Из это го состояния ионы хрома в подавляю­
щем бол ьшинстве возвращаются в основное
состоянпе через про111ежуточный уров ень 2.
На уровень 2 они переходят с полосы 3, отда­
вая крист аллической решетне рубина часть
энерпш Е3 - Е2• Если в состоянии 2 ионы
хрома задержатся на каное-то за111етное время,
то достаточно мощным облучением рубина мож­
но добиться , что на эн ергетическом уров не 2
будет больш е ионов хрома , чем в основном со­
стоянш1 1.
Из эн ергетического состояния 2 атомы хро111а
переходят в основное со стояние 1, излучая по­
ток ярно-нр а сного света с длиной волны в
Е2-Е1
0,6943 .мк. Частот а этого шшученпя равна --h- .
Пользуясь фор111улой '1
=
: и обозначая Е2 - Е1
,
hc
как Е21, :мы получи м л
=
Е,-
-
.
2\
Это излучение, образующееся в процессе пе-
рехода ионов хрома с уровня 2 на уров ень 1,
окр ашивает рубин в характерный дл я него крас­
ный , рубиновый цвет . Такое свечение назыв ается
люминесценцией . Оно распростр аняется по все­
возJ\южньш направления111 , и его еще нельзя на­
зв ать лазерным излучением . Чтобы рубиновый
стержень мог работать как лазер , его торцы А
и Б должиы быть параллельными с очень высо-
СВЕТ
Р11с. 16. Фотоны, испускаемые источником белого с11rта, с
знерг11ей от hv1 � дЕ3до h·•,�t:.E3+дli:n забрасыва ют ионы хрома
на по .�осу :1. С полосы З ион хрома переходит на уровень :.: , не
испуская свет . Не нужно думать, что ион хрома при этом дви ­
жется: он находится все время ·ив одном 11 том же месте в крис­
таллической решетке рубина. Изменяется тоаько его энергия.
С �·ровня Е, ионы перехо дят на уровень Е1 само произво ль­
н о и ли под воздей ствием пролетающего рядом фо тона.
В результате зтогn перехода иЗJ
J
учается фотон /1·• = Е, - Е,.
кой точностью . Современная техника в состоя­
нпп обработать кристалл с такой точностью. Торцы
А и Б тщательно отполиров аны и посер еб­
рены . На торце Б тол стый слой сер ебра, он
полностью отражает п адающий на него свет. Н а
другой торец нанесен тонкий слой серебра , и,
так :кан в очень тонком слое металлы прозрачны,
этот торец пропуск ает некотор ую долю падаю­
щего на него света.
Рубиновый стержень окружен сп11ралеоб­
разной импульсной лампой В (рис . 17) . Эта лам­
па освещает рубиновый стержень мощным све-
Рис. 17. Р)·биновыil лазер.
181

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
А
"'
:1
..
.
Q.
"
о
:1
•:S:
..
..
Q.
:;
;
о
:i:
:r
'"'
<(
Q.
.2i
м
:r
о
..l
l
Q.
с:
с
<(
"
""
с
Q.
о
..
.
с
"'
Рис. 19. Фотоны, выходящ11е через торец Б, на рисунке
не показаны. Возбужден11е каскада фотонов в лазере.
Р11с. 18. Процесс вынужденноrо ·ttЗJ1учею1я у нона хрома:
А. - на уровне 2 накопилось мноrо ионов хрома; Б - первый
справа иен хрома сам перешел на уровень 1, 11спустнв при этом
фотон; В - пролетая м11мо дpyroro нона хрома, фотон о:
«увлекает» за собой фотон �; 1' - второй нон хрома ока-
за.'lся на уровне 1.
товым потоком. Ионы хрома поглощают световую
энергию и переходят на уровн и полосы 3,
а затем - на уровень 2 (рис. 18). На этом энер­
гетическол1 уровне накопляется все больше и
большз иопоn хрома. Сами по себе они сравни­
тельно медленно переходят с уровня 2 на уро­
вень 1. Но фотоны (кванты) с энергией Е21 вы­
нуждают эти ионы совершить такой переход.
При этом излучается фотон так же направ­
ленный и с той же частотой, что и фотон, вы­
звавший переход. Поэтому, когда на энергетиче­
ском уровне 2 находится значительно больше
ионов хрома, чем на уровне 1, возникают кас­
ю�ды фотонов (рис. 19). Фотон, самопроизволь­
но перешедшпй с уровня 2 на уровень 1 , увле­
нает другие фотоны; те, в свою очередь, также
увленают за собой фотоны - каснад нарастает ла-
182
впнообразно. Направление его может быть самым
разным. Все I<аскады быстро покинут кристалл,
кроме того каскада, в котором фотоны движутся
параллельно к осп стержня. Этп фотоны будут, не
переставая, многократно отражаться от зеркаль­
ных торцов: то от торца А , то от торца В. Чем
точнее выдержана параллельность этпх торцов,
тем больше отражений совершнт фотоны, тем
больше света выйдет через торец В.
Двигаясь вдоль оси С-С, пучок фотонов вы­
нуждает все новые переходы в ионах хрома. Его
мощность непрерывно нарастает. Часть света,
вышедшая через торец В, дает световой пучок
с очень малой расходимостью и с громадной яр­
костью. Свет этого пучка практичес1ш монохро­
матичен; ширина его спектральноii линии не
превышает 0,1 А.
Мы описа.'Iи самую простую Iiопстру1щию
лазера. В исследовательсю1х лабораториях
всего мира создаются новые типы квантовых
генераторов света. Уже сконструированы полу­
проводниковые лазеры, в которых электриче­
ская энергия непосредственно преобразуется
в световую.
Пучон лазера в 100 млн. раз ярче пучна сол­
нечного света. Это значит, что с его помощью
можно создавать невиданную концентрацию
энергии и передавать ее на очень дальнее рас­
стояние. Лазеры можно применить для связи
в 1юсмосе. Оценки ученых позволяют заклю­
чить, что на космичесних расстояниях выгоднее
осуществлять связь с помощью лазеров, а не
радиоволн.

ПОЮЩИЕ �JIERTPOHЫ
Когда я впервые заглянул в ядерный реа1\­
тор «плавающего типа)), т. е. в реактор, в кото­
ром урановые стержни погружены в воду, мое
внимание привлекло яркое голубоватое свече­
ние, онружавшее стержни. «Смотри, это черен­
ковсное излучение», - сназал мне товарищ. Это
излученпе было отнрыто задолго до пусна пер­
вого реантора, в 1934 г. в Ленинграде, совет­
с1шм физином Павлом Аленсеевичем Черен­
новым.
Атомы разреженных газов и нагретых твер­
дых тел, поглощая наную-либо энергию, на­
пример световую, могут переходить в возбуж­
денное состояние и отдавать эту энергию в виде
светового излучения. Если от момента погло­
щения этой энергии атомом до его высвечивания
проходит какое-то определенное время, то излу­
чение называется люминесценцией.
Световой скальпель. На этих заме­
чательных фотограф11ях, получен­
ных во французском националь­
ном центре персшшаю1я кроа11 в
Париже, в11дны красные кровяные
тс.1ьца, которые ученые 11зучают
с помощью светового луча лазера.
С11рава показана аппаратура, ко­
торой они польз)·ются: телевизион­
ная установка, работающая без
выхода в эфир, р)·бшювый лазер 11
мощный микроскоп. ()·1�и."оп в11.иау
11.1 .1юстрир)·ет 11зр111тельную точ­
ность, ко торой добиваются )·ченые
с помощью когерентного светово­
го луча; хирург мо;,;ет воспользо­
ваться таким Л)"ЧОМ как микро­
с11альпслем. J -Тс.1еви:щонная i;a­
Ml'pa передает на экран изображе­
ния красных кровяных телец, по­
мещенных под м11кроскоп. Лучом
обычного света �(нацеливаются•)
на одно из кровяных телец.
2 - Вспышка света от лазера дли­
те.1ьностью около одной тысячной
секунды попадает затем в красное
кровяное тельце. :1 - При попада­
нии луча лазера тельце меннет цвет
и начинает растворяться. Темное
пятно в месте проникновения луча
образовано, по-в1щ11мому, свернув-
шимся гемоглобином.
СВЕТ
Изучая люминесценцию солей урана пол
действием r-лучей радия, Черенков обратил
внимание, что тан же, хотя R значительно слабее,
светится вода, в ноторой <�тих солей нет. Сна­
чала он предположил, что свечение происходит
за счет находящихся в жидкости примесей. Но
контрольные опыты не подтвердили это предпо­
ложение: под действием r-лучей одинаново све­
тились любые чистые жидкости. Кроме того,
люминесценцию обычно можно «потушиты>,
добавляя в жидкость неноторые соединения,
например йодистый калий иш1 азотно1шслое
серебро. Но излучение, отнрытое Черенковым,
<шотушиты> не удавалось. Следовательно, это
было совсем не люминесценцией. И надо было
установить: накова же природа этого излучения?
Гамма-лучи - такие же элентромагнитные
колебания, как и свет. Только энергия r-нван­
та , например, испускаемого радием, превосходит
энергию кванта зеленого света в сотни тысяч раз.
183

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Установка П. А . Черенкова для измерения яркост11 свечен11я
жидкостей : u) сосуд с ж11дкостью, 6) зеркало , ") паз д.1я опт11-
ческого клина, 1) л11нза, дающая изображею1е входной д11а­
фрагмы на се тчатку глаза, д) свет, е) 1-луч11. Луч света ослаб­
пяется специальным устройством (опт11ческим кпином), пока
глаз нсс.1едоватедя не перестанет его ощущать. По степени
ослабления света, необходимой для этого, определяется
яркость луча. Опыт проводился в полной темноте.
К наблюдатеn ю
Рнс. 20. Магнитное по ле, проходя через жидкость, как пока­
зано на рисунке, отклоняет электроны, дви жущиеся по направ­
лению АВ, вниз. Свет в основном распространяется вдо.1ь тра­
ектории DЛектронов. В глаз наблюдателя попадает минималь­
ное количество света. Если изменить направJ1ение магн итного
поля, яркость свечен11я, видимого 11аблюдате.1ем, возрастет ,
по тому что ЗJ1ектроны при этом отклоняются вверх.
Проходя через вещество , 1-кванты передают
его электронам часть своей энергии , и эл ектро­
ны начинают двигаться с большой ско ростью .
Может быть , таким движением эл ентронов и
созда ется свеченне ;ю1дкости?
Можно изменить направление движения
электронов , например, с помощью магнитного
поля . Дальнейшые опыты Черенкова показали,
•по свечение сильно зависит от направления
магнитного поля, пронизывающего иссл едуе-
мую жидкость (рис . 20). Значит, свечение вы-
звано эл ектронами . Ак ад. С. И . Вавилов, руко­
водивший рабо тами Черенков а, предложил объ-
яснить свечение обл учаемой жидкости тормо-
тромагыитное поле , а изменение поля всегда
сопровожда ется изл учением .
Но это предп оложение не подтв ердилось.
Расчеты дав али велнчин у яр1юсти в сотни раз
меньш ую, чем опыты . Кроме того, тормозное
изл учение сильно зависит от атомн ого но мера
жидкости , в 1юторой тормозится эл е�\трон , а
опыты показали , что ярность изл учения , от­
крытого Черенковым , не зав исит от этого атом­
ного номера. Так ученые убедились , что это
свечеюJе - новый , еще неизв естный внд излу­
чения света .
Полет равномерно движ ущеiiся пули сопро­
вождается свистом. Пуля «поет» , ко гда летит
в воздухе быстрее скорости звуна , т. е . со
скоростью большей , чем 330 J.t/ceк. Ес:rи
сиорость пули меньше 330 .lt/ceк, она лет11т
бесшумно (см . статьи «Крыл атый полет>) 11
«Звую)) .
Обозначим с1>о рость пули 11 скорость звука
буивами v и и. Каждая точnа тр аектории пу­
ли - псточниn га рмоничесюп 1.;олебаний , рас­
!Jространяющихся со ск оростью п. Из точки А
в точк у С (рис. 21) звуnовые колебания до йдут
за время .!.
..
, а източкиВ-завремяЬ.Нов
и
и
ь.
точке В они возю1кл11 позднее на время
L'
Таким образом, колебания , пришедшие из точ­
ки В, отстанут от кол ебаний , пришедших из
точки А , на время 't:
't=_ь__ь_
_ _l_
=
l(-
J
- _ cosO).
v
и
и
1v
и
Если v меньше и, то колебания , с1шадыв а­
ясь , погасятся и пуля <шеты не будет . Если же
v больше и, то фронт звуковой волны будет
распространяться под углом Э к направлению
полета пули . Этот угол опр еделится из усл овия :
-1-- cosf}
=о пли cosо=..!
!:.
..
.
.
v
и
'
v
Все это справ едливо не толы\о для звуковых
волн, но для Jiюбых других , в том числ е и для
с
f>�.
е'::
:
е
жением электрического заряда в веществ е.
Уменьшение скорости заряда изменяет его :Jлек- Рис. 21.
А
Hanpaen енке
llOJ\01"3
184

электром агнитных волн. Когда в веществе дви­
жется с постоянной скоростью электрон , то
в каждой точке его трае:ктории возникают элек­
тромагнитные волны . Е сли с:корость эле:ктрона
меньше , чем с:корость распространения эл е:ктро­
магнптных :кол ебаний , то волны в результате
ин терференции по-гасятся , та:к же :ка:к и при
п олете пули в воздухе . Чтобы эле:ктроны «пели»,
т. е. чтобы за счет их движения в веществ е гене­
риров ался свет , нужно , чтобы скорость их была
бол ьше с:корости света .
Но ведь скорость света - предел , через :ко­
торый не мож ет перейти НИI\а:кая движущаяся
частица . Да , это так . Но это справедливо толь­
ко в пустоте. В веществе с:корость св ета равна
с
-
(п - по:казатель преломления , с - с:корость
11
света в ва:кууме) . Поэтому эл ектрон , пол учив от
r-кв анта радия достаточную энергию , может
двигаться со скоростью большей , чем ..:.
._
.
п
Га111111а-л учи радия разгоняют электрон до
250 ООО км/сек. Показатель преломл ения у воды
1,333 , сл едов ательно , !_
_
= 225 ООО· км/сек.
п
Получа ется , что эл е:ктрон мож ет двигаться в
веще ств е быстр ее, чем распространяется в том
же веществе свет .
Тю> в 1937 г. объя снили свечение Черенков а
советские физики И. Е . Тамм и И. М . Фран:к.
Опыты подтв ердили все их теор етические вы­
воды . Эта теория помогла выяснить и высчи­
тать многие хара:ктеристики изл учения: угол
изл учения электрона н траектории его полета ,
интенсивность излучения , зависимость излуче­
ния от скорости электрона, его спектральный
состав .
В наше время эффе:кт Вавилов а - Черенко­
ва от:крыл новые пути в исследо ваниях процес­
сов , протекающих под действием ядерных частиц
с высокой энергией; на егооснове созданы , напри­
мер, регистр аторы таких частиц. Физи:ки rзо
всем мире изучают в лаборатория х это удиви­
те.'lьное изл учение .
КАК И3l\IЕРИ.11И Д.iJllHY
CBETOBOli ВО.1
1
11Ы
Задолго до того , :ка:к было установлено , что
свет - это электромагнитные I\олебания , уче­
ные знали, что свет обладает волновыми свой­
ствами. Но что именно кол ебл ется в св етовой
волн е, стало ясным тол ько посл е того , как появи­
лась теория Ма:ксвелла. Одна:ко фи зи:кам уда-
СВЕТ
у
м
х
Рис. 22.
лось создать , по аналогии с волнами механиче­
скими и зв уков ыми , стройную теорию , кото рая
позволила не только изучать волновые свойства
света , но и измерить длину св етовой волны .
Вол новое дв ижение характеризуется д.тшной
волны или частотой колебаний. Сложение волн
называется интерференцией .
Осветим лампой накаливания экран УХ
(рпс . 22) через дв е оч ень уз:кие параллельные
щели , которые расположены друг от друга на
расстоянии 0,05 мм. На экране св ет раепр еде­
. n:птся равномерно . Освещенность экрана б удет
просто суммой осв ещенностей , дав аемых каж­
дой щелью в отдельности .
Если же через эти щели будет и;�;ти свет лазе­
ра (рис . 23), то на э:кр ане появятся св етлые п
темные полосы. Получится так назыв аемая и н­
т ерф ерен ц ионная
:картина­
результат слож ения гармонических колебаний.
Осв ещенность в любой точ1>е экрана уже не
будет суммой освещенностей.
Рио. 28.
185

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Понять это явление можно с помощью неслож­
ных математических расчетов (с м. рис. 22). Вся­
Rое гармоническое колебание с длиной волны Ли
периодом колебания Т, Rоторое распростра­
няется от щел и S1 к М, можно записать в виде
фо рмулы:
S1 =аCOS•21t(+-�
1
)•
Следовательно , световая волна , приходящая от
щели S2 в точку М1 , это:
S2 = аCOS•21t(+-�2)•
Складываясь в точке М 1, колебания s1 и s2 да­
дут результирующее колебание:
s=s1+s2=Аcos[21t(f-а2�ла1)]•
Амплитуда колебания А будет равна
2аcos(1t
d2-;d1
)•
Освещенность пропорциональна квадрату
ампл итуды колеб аний: В точке М она равна
4а
2
cos2
(1t
d2-;d1) .
Наибольшие значения освещенности будут ,
ко гда
( d2-d,
)1
cos о.
л
=
,
т. е.
И.ТIИ
d2-d1=m/-;
d2-d1
1t
А
= m1t,
т=О,1,2...
Опр едел ив положение, например , третьего
максимума, когда т = 2, и вычислив величину
d2- d1, мы можем найти по этой формуле длину
воJшы св ета , из.'l учаемого лазером .
Почему же дв а даже очень малых накаленных
тела не дают интерференционную картину? Это
объясняется тем , что излучаемые такими телами
электромагнитные волны никаR нельзя предста­
вить в виде синусоидальной (гармонической)
волны . Свет излучается атомами таких источ­
нююв хаотичесRи , или , как говорят, с перемен­
ной фазой , и интенсивности отдельных излуче­
ний просто скл адыв аются . Поэтому на экране
11 нет интерференционной картины . Квантовый
же генератор дает колебания гармонические
с постоянной разностью фаз . Такие колебания
называются когерентными.
Но интерфер енция была изучена задолго до
появления лазеров с помощью обычных источ­
ников света . Для этого французский физик Фре­
нель соорудил изящные оптические системы:
зеркало и бипризму Френеля . В его опытах и с­
пользовал ись два изображения одного и того же
источника света .
:186
Интерференционные методы исследов ания
позволяют измерять длину волны с необычай­
ной точностью . Интерферометр - специальный
приб ор , ск онструированный на основании зако­
нов о сложении св етовых колебаний ,- позво­
лил определить длину волны оранжевой линии
криптона-86 до восьмого знака, т. е. до одной
десятимиллионной доли микрона . Длина эта
равна 0,60578021 мк . Она принята в 1960 г.
на международной XI Генеральной конференции
по мерам и весам за эталон длины (см . ст . «Все­
му миру одну меру») .
СВЕТ ОГИБА ЕТ ПРЕДllЕТЫ
В 1818 г. в Париже на одном из заседаний
фра нцузской Академии наук рассматривался ме­
муар (так назывались доклады ученых , представдяе­
мые в академию) Френеля . В докладе Френеля была
изложена теория, которая объясняла прямолиней­
ное распространение света , исходя из предполо­
жения , что свет - это волны . Известный ученый
Пуассон , присутствовавший на заседании, сра­
зу же указал на ошибочность рассуждений Фре­
неля . Ведь из них следовало, что есл и перед
очень небольшим источником света поставить не­
прозрачный экран с весьма ровными краями,
то в центре тени от экрана , в точке В, появит­
ся светлое пятно . Это , по мнению Пуассона , про­
тиворечи.ло здравому смысл у. Тотчас же перед
членами Академии был поставлен опыт (рис. 24) .
К удивлению ученых , в центре теневого круга
появилось св етJiое пятнышко .
Просл ед им за рассужден иями Френеля (см . рис.
25) . В точк е А , центре сферы, находится точечный
источник света . Световые волны от него дойдут
одновременно до каждой точки поверхности
сферы S. Действ ие источника А можно заменить
действием вообр ажаемых источников света, на-
Pil6. 2t.

ходящихся на пов ерхности сферы S, от которых
в точку В распространяются световые волны .
В точке В эти волны скл адыв аются по законам
интерференции волн.
Френель значительно упростил вычисле­
ния , разбив поверхность S на кольцев ые зоны
так , что расстоян ия от внутренней и внешней
s
в
Рис. 25.
границ в каждой зоне до точки В отличались
на половину дл ины световой волны, т. е .
л
М1В--М0В=М2В-М1В= ... = :Г
При таком раздел ении у всех зон будет одина-
о!)
ковал площадь , равная п- -а+ь /.
..
. Световые коле-
бания, идущие от двух соседних зон , отстают
друг от друга на половину длины волны . Е сли
колебания гармонические и выходят от сферы S
в одинаковой фазе, то волны второй и третьей
зон ослабляют друг друга в точке В.
Для удобств а доказате.т1ьств а мы допустили ,
что свет пдет со сферы S в точку В. Чем дальш е
зона на сфере S от точ1ш В, тем меньше световая
волна . Зн ачение S0 больше, чем S1; S1 больше,
чем S2, и т. д . Складываясь в точке В, ко.ч:ебания
зон дадут суммарную амшштуду колебаний :
S=S0-S1+S2-S3+...+Sп=
= S0-(S1-S2)-(S3-S4)•••
Величины (S1 - S2), (S3 - S4) ••• малы и быстро
убыв ают по мере того , как возрастает номер зо­
ны . Действ ие световой вшшы источника А в точ­
I\е В св одится пр актически к действ ию цент­
ральной зоны .
Длина волны зеленого света 0,5 мк . Е сли
а = Ь = 20 см, то площадь действ ующей части
волн ы равна :
7tab /.
.
_
_
2
а+Ь-0,16м.�t .
Следов ател ьно , свет от А к В распростр аняется
вдоль узкого канала с осью АВ. Иными слов ами,
луч света распространяется прямолинейно .
СВЕТ
Как же объ�снить опыт , пока:щнный: Френе­
лем на заседании Академии наук? Казалось бы ,
непрозрачный экран должен был закрыть цент­
ральн ую зону, и свет от источника А не может по­
пасть в точк у В. Так предпол агал и Пуассон.
На самом же деле осв ещенность в точке В созда­
ется и за экраном первой отк рытой зоной. Е сли
экран невелик , действие этой зоны не отличает­
ся от действия центральной зоны . Освещенность
за э:кр аном в точке В останется такой же, как
если бы его и не было. Огибание св
.
етом непро­
зрачных тел , встречающихся на его пути , назы­
вается: дифракцией.
З ВЕЗДА-ГllГ АНТ
Одна из самых I\ р упных звезд в созвездии
Ориона-Бетельгейзе . Ее диаметр-390 млн. км,
т. е. больш е, чем диаметр орбиты, по :которой
Земля движется вокруг Солнца . Солнце по
сравнению с этой звездой - карлик : его диаметр
в 278 раз меньш е, чем диаметр Бетельгейзе . Но
долгое время астрономы знали только , что Бе­
тельгейзе - зв езда первой величины. Измерить
ее они не могли, так как никакие телескопы не
позволяли определить угол , под котор ым видна
эта звезда с Земли. (Угол этот называется угло­
вым диаметром звезды.)
Измерить диаметр Бетель гейзе удалось толь­
ко в 1920 г. Американские ученые физик
А. Майкельсон и астроном Ф. Пиз применили
для этого интерфер(!метр - прибор, принцип
действия которого основан на законах интерфе­
ренции световых волн .
Чтобы понять действ ие интерферометра, про­
с.'1:едим, как распр остраняется параллельный
пучок света , пройдя через узкую щель . Разобьем
щель на ряд паралл ельных полосок рав­
ной площади . Фазы волн, проходящих через
эти полоски, одинаковы, так как лучи парал­
лельного пучка доходя:г до щел и одновременно.
Амплитуды волн также одинаковы, потому что
площади полосок равны. Линза, установленная
за щел ью , сводит пар аллельные лучи в фокаль­
ной плоскости мм в одн у точк у. в этой пло­
скости установлен экран (рис. 26) .
Все лучи в точку В0 приходят в одной фазе ,
Rогда Cf=O. Если угол'? не равен нулю, то вол­
ны от разных участков щели придут в точку B'f'
с разными фазами и могут осл абить друг друга .
Так , если угол '? удовлетворяет усл овию
Ь.siн'?=/.
..
, то в точRе B'f' свет будет ослаблен .
т
u
•
J.2Л3/.
.
ожесамоепроизоидет,когдаsшtfравень'ь'Ь . · ·
:18';'

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
ь
Рис. 26.
-S).!1.�---.--.-•--
-Эл
-
2л
ьь
-д.
ь
,'
А
+i\
ь
.• "--.:t.�J!1 'J
+ЗЛ
ь
Р11с. 27. Распределение интенс11вност11 света при дифракц11и
на двух параллельных щелях шир11ной Ь, раеположNшых на
расстоян1ш d друг от друга. Пунктирная кр11вая - освещение
ще:�ей некогерентное, сплошная кривая - ког<'рентное.
В точ1>ах экрана, соответствующ их этим угл �r,
будут темные полосы . А между темными полоса­
ми лягут светлые полосы - макс11мумы света. А�1-
плитуда вол ны достигает :-шксимума в фо:кальноi'I
шюе1<ости при углах
111анси111 умов оп ределяется тол ь:ко направле­
нием пучнов св ета .
Если мы отнроем однов ременно обе щели,
то в фональной пл ос1<ости па энране дифран­
цпонн ые Rартины совместятся . Но это не будет
простым наложением одной дифра1щиопной
нартины на другую (рис. 27) . В нов ой дифран­
ц1юнн@й нартине снажется взаи111 одейств ие
волн, идущих от обеих щелей .
ь�.
-А-SШ<( 143 ь�
·
246
, ..с;--;:
:-
s1n9 =
,
.с.
Велнчина этих 1
1
1а:ксимумов различна и быстро
убывает с увеличением угла ?· Физи:ки назы­
вают сочетание темных и св етлых полос на э1<­
ране , установленном в фо:кальной плос:кости JIПH·
зы, дифракционной картиной.
Поставим перед источником св ета э:кран
с дву111я щелями - АВ и А1В1. Если эти щели
попер еменно занрывать, дифра:кционная Rартина
не будет меняться, потому что расп ол ожение
Принцип действия интерферометра занто­
чается в измерении детал ей днфрющионной
нартины при падении света через две щел и, рас­
стояние D между ноторыми можно изменя ть .
Чтобы измерить, например, у гJювое расстояние
;о.1 ежду дв умя бл изними друг н другу зв ездами,
перед объентивом тел есI\опа ставят энран с дву-
11rя щеля ми . Свет от одной звезды пада ет на
щели
параллельно ГJiавной оптич есной оси
Почеиу 11очью тем110?
188
Этот простой вопрос далеко нс так
прост. Он волновал астрономов сnыше
ста лет. В бесконечной Вселенной
звезд бесконечно много. I>аждая звез­
да - с о.чнце. Нс нмеет значения , что
звезды да.1ек11 от нас. От бесконечного
'шожества солнц свет должен ел11ться
n ослеп11тсльном испепеляющем сия­
нии всего небесного свода. А между
тем но•1ью темно! Почему? Попытка
объяснить ночь тем, что свет от дале­
кнх звезд по дороге к нам пог.чощается
межзвездной непрозрачной пы.чью, не
оправда.чась. Пыли в космосе немного,
скопле1111я ее ре;11ш и не могут зас.10-
1111ть от нас световЫ<' потоки, 11дущие
из бесконечных г.ч·бин Всс.1еиной.
Астрономы обнаруж11.1
11
удивите.чь-
ное яв.1сн11с. Его объяснения еще
вызывают епоры, но твердо доказано,
что оно с�·щеетвуст. Оказывается, чем
дальше наход11тся от нас заезда, тем
быстрее она от нас удаляется 11 тем
сильнее псе .1'ин1111 в спектре ее из"1)'­
чения сда11нуты а сторону дмшных
волн. Этот замечательный ;�ффект
назван i<красным смещением)>•.
Открытне «красного смещl'НllЯ»
прояснило загадку ночи. Свет далею1х
звезд смсща!"тся в нев11д11мую г;1азом
область спектра, 11 такие звезды пере­
стают быть ви.=.;нмыми. М�шо того,
до.1жс11 с�·щестнонать такой предt•.1
во Вс(- . 1енной, который пока огра1111-
чива<'Т д.111 нас 11оз�1оiJ\Ность 11аб.1ю­
дnть зnе:Jды. Можно рассчнтать, 'ITO
е расстоян11й, превышающ11х 10 млрд.
световых .пет, свет до нас вообще дойти
не может. На тако'\1 расстоян1111 «l(рас-
1юе смещение» до.1жно быть так ве­
лнl\о, что частоты световых ко"'Iеба­
нпii воспринимаемого нам11 11з..1учсния
стрсмnтся R н�· .1 ю. Вот ПОЧL'&t�', оказы­
вается, ночью темJ10.

телескопа , свет от другой звезды падает под
углом Эк этой оси (рис. 28) . Так как положение
дифракционных картин в фок альной плоскости
опр еделя ется только направлением падающего
на щель света , то в данном случае дифракцион­
ные картины будут сдв инуты относительно
друг друга на угол Э. Центральная полоса К0
и бли щняя к ней полоса К1 дифракционной
картины , например , первой звезды сдв инуты
)
.
Е
друг от друга на угол � = [ у ели расстояние
между щелями изменять , то когда угол � бу­
дет равен 2Э , максимумы дифракционной кар­
тины первой звезды совпадут с максимумами от
второй. Осв ещенность на экране в фокальной
пло скости распределится почти равномерно.
Угол t1 легко определить , проанализировав
дифракционную картину от одной щели . Та ким
образом, дифракционные полосы «с мы ваются» в тот
л
момент, когда 6 = D
.
Измерен ие угла 6 сводится
к определению величины D , когда пропадают
дифракционные по.'IОСЫ .
Так же опредедяется и угловой диаметр
одиночной звезды. Ведь края звезды можно рас­
сматр ивать как дв а источника света, которые
находятся на угло вом расстоянии Э.
Расстояние R от звезды до Земл и измер яется
гор аздо проще (см . в т. 2 ДЭ ст . «KaR измеряют
расстояния до небесных светил») . Умножив эту
ве;ш чпну на угол Э, выраженный в радианах,
найдем динейный диаметр звезды - RЭ .
-
-�-
-
Рис. 28 .
ДИФРАКЦИОННАЯ РЕ ШЕТКА
Перед источником света могут быть не толь­
ко две, нQ и бол ьшее количество щелей . Свете-
+t максимум
- 2 ма�<симум -1 ма�<симум О 11а1<симум
•
+ 2 11а1<ск11у11
•
•
•
•
СВЕТ
+···- ---n· -·
-
� --·л ···- -л· ·
-
-·-к··- ·---·л- - ·-----
Р11с. 29. Щели дифракционной решетки , d - ее период.
ма бл изко расположенных щелей называется
дифракционной решеткой (рис . 29). Такая ре­
шетка может представлять собой стеклянную
п.'lоск ую пластинк у, на которую нанесено боль­
шое 1ю личество штрихов . Применяются , напри­
мер , решетки, у которых на 1 мм приходится
бол ее тысячи штрихов .
Поло жение мест , где свет , расс еянный реш ет­
кой , собирается в св етлые полосы - макси­
мумы , определяется формулой d sin � = тЛ
и зависит от длины волны. Чем меньше d, тем
на больш ий угол � отклонятся друг от друга
лучи с различной длиной волны . Если m=O,
то угол � для любой длины вол ны равен О.
В этом направлении получится белая полоса .
Когда m=1, на экране появится спектр первого
порядка - цв етные полосы.
Реш етки с малым · периодом d позв оляют
измерить длину волны с точностью до шестого
десятичного знака .
,
Первую дифракционную решетк у построил
Фраунгофер . Именно с ее помощью были откры­
ты темные линии в спектр е Солнца - .'l ивии
Фраунгофера.
�ФФЕRТ ДOllJIEPA
Быстро мчится автомобиль к перекрестк у
дорог. Н а светофоре горит красный сигнал , но
машина, не останавливаясь, проскочила пере­
кресто к. Постовой задерживает водителя :
-
В чем дело ? Почему вы поехали на крас­
ный свет?
-
Машина шла очень быстро... из-за этого
красный свет показался мне зеленым .
Такой шуткой может , конечно, отв етить толь­
ко физик .
В самом деле, если двигаться навстречу
189

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
волне , то ее частота будет возрастать , а если
удаляться, то убывать (рис. 6 на цвет. табл.
у стр . 177). Это справедл иво для всех волновых
явлений , в том числе дл я света и звука (см. ст .
«3вую)) .
Когда наблюдатель движется по направле­
нию к источнику света со скоростью v, частота
световой волны v, которую он будет восприни­
мать , определяется формулой :
11+�
v='lo
�'
1--
с
где с - скорость света , а v0- частота св етов ой
:волны , воспринимаемая наблюдателем, когд а
источник света неподвижен . С какой же ско­
ростью должен был двигаться автомобиль , чтQ­
бы красный сигнал светофора показался води­
телю зеленым?
Длина волны зеленого света - 0, 5 мк, а крас-
ного - 0,7 мк.
Определи в соответств ующие
с
частоты из зависимости v = Т, вычисл им авто-
мобиль должен был двигаться со скоростью
97 ООО км/се к. Изменение дл ины волн при
движении наблюдателя к источнику волны или
от него называется эф
ф
ектом Доплера (по име­
ни открывшего это явление ав стрийского физика
Х. Доплер а) . Эффект Доплера часто затр удня­
ет спектральные измерения .
Современные приборы позволяют разделять
спектральные линии, у 1<оторых длина волны
света различается на О,002 А. Н о в пламени
горелки атомы движутся по самым разным на­
правлениям, и скорость их движения оноло
1000 м/ се к. Длина волны у атома, дв игающе­
гося к фокальной пл оскости линзы L2 в спектро­
скопе , будет на 0,03 А короче, чем у
атома , дв игающегося в противоположном на­
правл ении .
Такая разница пе дав ала исследов ателям
возможность определить подлинную структуру
спектр а льных линий . Вот, например , желтая
спектральная линия натрия . Однородна ли
она или состоит из нескольких линий? Из-за
эффента Доплера линии расширяются и з а
счет этого слива ются . Исследования А. Н . Те­
ренина и Л. Н . Добрецов а подтвердили такое
предположен ие. Они установили 1<оллиматор
спектроскопа перпендикулярно св етящемуся
пучку атомов натрия . Ведь изменение частоты
изл учения атомного пучн а пропорционально
составляющей скорости атома, направленной
на наблюдателя или от него . Когда же на-
:1.90
бл юдатель видит пучо1< сбону, эта состав­
ляющая равна нулю.
Опыты Тер енина и Добрецов а установили,
что обе линии натрия D1 (0,5896 мк) и D2
(О,5890 мк) 01<азались дв ойными . Так была
открыта св ерхтонная структура спектральных
линий. Уже после этого открытия было опре­
делено , что таная сверхтонкая струнтура вы­
звана взаимодействием эл е1\тронной оболочни
а тома и его ядра.
BECTll И3 l\I ЕЖ3ВЕ3ДНОГО
ПРОСТРАНСТВ.\.
В ернемся I< простейш ему атому - н атому
водорода . Когда эле1<трон движется по ближай­
ш ей к ядр у орбите, атом водорода находится
в его основном состоянии - у него минималь­
ный запас энергии . Н о у ядр а и элентрона, 1<ро­
ме взаимодействия, происходящего за счет их
зарядов , существ ует еще взаимодейств ие, обу­
словленное, в нонечном счете, их собственным
вращением (рис. 30) . Когда и элентрон и ядро
вращаются наждый во1<руг своей оси , в оди­
нановом направлении (например, по часовой
стр елке) , связь их между собой больше, ч ем
если они вращаются в разные сто роны. Это
значит, что при «согласном» вращении з апас
энергии в атоме меньше, чем при вращении
в «несогласном» направлении . Если электрон
и ядро вращаются в «несогласном» направлении,
то у ато:11а есть запас энергии , ноторый он мо­
жет израсходовать и переiiтп в состояние , ког­
да ядро и электрон будут вращаться в одно м
направлении . Taкoii переход может произойти ли-
Г\Л=21смf\ '
ь�\_
__]
�
Рис. 30 . При переходе на одноrо состояния ( вращение протона
и электрона в разные стороны) в друrое оостоявве (вращение
протона и электрона в одну и ту же сторону) ато11 водорода
испускает квант энергии, котором у соответствует вааученве
С ДЛИНОЙ BOllHЫ В 21 ОМ.

бо при столкновен ии атомов, когда избыток энер­
гии будет передан другому атому, либо атом во­
дорода сам испустит квант электромагнитного из­
лучения с длиной вол ны в 21 см .
В земных условиях атом газа сталкивается со
своими «соседями» или стенками сос уда , в кото­
ром он заключен , от миллиардов до с.отен милли­
ардов раз в секунд у , а на то, чтобы атом водорода
отдал свою энергию, испустив самопроизвольно
квант - 21 см , в среднем требуется 11 миллионов
лет! Поэтом у в земных условиях атом не успевает
отдать энергию в виде излучения с длиной волны
в 21 см . Эта энергия перейдет в другие формы
в результате столкновен ия.
Другое дело - межзвездное
пространство.
Здесь атомы на больших расстояниях друг от дру­
га и сталкиваются редко : в среднем между двумя
стол кновениями проходит 300 лет .
В 1944 г. голл андский студент-физик Ван
де Хулст сделал доклад в Лейденском универ­
ситете . В этом докладе он утверждал , что атом
водорода должен излучать в межзвездном про­
стр анств е радиов олну длиной в 21 см . В то время
Голл андия находилась под фашистской окку­
пацией . Н аучные связи между учеными разных
стран были прерваны. Лишь в 1947 г. идея
Ван де Хулста стала известна широким кругам
ученых.
Сов етский астрофизик И. С . Шкловский
п ровел интересные и важные вычисления . Ока­
залось , что обнаружить излучение межзвезд­
ного водорода вполне разрешимая задача . Ис­
следования этого излучения дают сведения
о движении межзвездной материи и о структуре
межзвездного пространства. Регистрируя излу­
чение линии 21 см, уд алось из учить структуру
и движение Галактики . Исследования эти про­
должаются .
КВАНТЫ И �JIEKTPOHЫ
Объясняя , как излучают нагретые твердые
предметы , Планку пришлось ввести в науку
понятие . о квантах света - фотонах.
Чтобы понять , как действ уют фотоны на
веществ о, поставим опыт (рис . 31) . В вакууме
п омещены две металлические пластины. Сое­
диним их извне проводом с включенным в него
гальванометром . На одну из пластин направим
свет . В гальв анометр е появится ток . Его со­
здадут электроны за счет энер гии , полученной
ими от фотонов . Если в цепь включить бата­
рею В так , чтобы освещенная пластина был а
положителы,;1ым электродом, промежуток между
СВЕТ
Рис. 31. Фотоэффект.
электродами станет проводящим. Фотоны выби­
вают из положительно заряженной и освещен­
ной пластины отрицательные заряды . С увели­
чением напряжен ия между пластинами ток н ач­
нет падать и при не:nотором напряжении стан ет
равным нулю . Э то происходит потому, что н е
у всех отрицательных зарядов , выбитых фото­
нами из пластины, достаточно энергии, чтобы
преодолеть притяжение положител ьного элек­
трода .
Когда напряжение на положительном элен­
троде достигнет та:n ой величины , что д аже
самый «быстрый» электрон , выбитый из него фо­
тоном, не дойдет до отрицательного элек трода ,
ток в цепи гальванометра прекратится .
Способность фотонов выбивать электроны
из твердых тел называется фотоэффектом . Его
нельзя объяснить , если рассматривать свет
как волну. Энергия света· переходит в этом про­
цессе в механическ ую энергию электро нов , и
св ет здесь проявляет свойств а частиц, как гов о­
рят • физики, - корпускулярные свойства. Фо­
тон ведет себя как частица с энергией hv и ко-
h�
личеством движения - (количеством движе­
с
ния любой частицы назыв ают произведение
ее массы на скорость) .
В результате открытия фотоэффекта было
выяснено , что свет одновременно обладает свой­
ств ами и в олны и частицы . Так ое сочетание
свойств объясняет современная кв антов ая тео­
рия света .
В нашем опыте электроны покидали пл астину
и вылетали в вакуум, создавая электрический
ток . Такой процесс называется внешним фото­
эффектом . Многие полупроводниковы е материа­
лы в лучах св ета уменьшают св ое электричес:n ое
сопротивление потому, что в кристаллической
решетке полупроводника под действием фотонов
возникают «свободные» электрические заряды.
101

ДВИЖЕНИЕ И ЗНЕРГИЯ
Лоn уnро•одннн.оеwА
САОА г {матод)
Экран (анод)
Рис. 32 . Эдектроиио -оптическ11й преобрааоватедь.
Такое деiiств ие света называют внутренним
фотоэффектом.
В московском метро нельзя пройти через
турникет, не опустив в его стойку пятикопееч­
ную монету: не пропустит свет овой луч" Он
пересекает проход и попадает на фотоэлемент
(см . ст . «Полупроводники») . Если закрыть луч,
фотоэл емент подаст сигнал , Радиолампы уси­
лят этот сигнал и пер�дадут его на механиче­
скую систему, закрывающую турникет.
Фотоэлемент с внешним фотоэффектом устро­
ен так . Н а стенку стеклянного баллона нанесен
м еталличес1шй слой , а пов ер х него - слой
пол упр оводникового веществ а ,
это - катод .
К катоду подв еден отрицательный П()ЛЮС батареи ,
а к аноду (никелевому стержню внутри балло­
на) - положительный . Когда свет выбив ает
из катода эле1•троны, в цепи фотоэл емента течет
ток . Когда света нет , нет и тока. Действие
фотоэл емента можно усилить и использо­
вать для управления любой механической
системой.
В таную же схему, как и фотоэл ементы
с внешним фотоэффектом, могут быть включены
и фотоэлементы с внутренним фотоэффектом .
Они называются фотосопротивлениями потому,
что уве:1
1
ичивают или уменьш ают сопротивление
э.т
т
ектрической цепи , в которую включены. Са­
мое ценное свойств о фотосопротивлений -
их способность реагиров ать на излучение
сл або нагретых тел : на лучистую энер гию с
большой длиной волны, т. е . на инфракрас­
ные лучи .
Уч еные уже создали фото сопротивления , чув ­
ств ительные к лучам с длиной волны около 9 мк.
Вспомним закон Вина - закон смещения . ЛТ =
2897
о
= 2897мк. ЕслиЛ=9,35мк, то Т= 9 ,35 =309 К,
или примерно 36°Ц . Такие лучи испускает наше
тело. Если бы человеческий глаз реагиров ал
на эти излучения , мы ночью видели бы лица
людей светящимися .
192
НЕВИДИМОЕ СТАНО ВИ ТСЯ
ВИДИ1'1ЫМ
Инфракрасное изл учение можно увидеть
с помощью специального устройств а - элек­
т ронно-оптического преобразователя (рис. 32) .
Объектив А переносит изображение «светящего­
ся>) в темноте тела на экран В-В, покрытый
прозрачным полупроводниковым слоем Г. Па­
дая на этот cлoii , кванты инфракрасного пз.11у­
чения выбивают из него электроны. Между
слоем Г (катодом) и экраном (анодом) поддер­
живается эле1•трическое напряжение; под его
действ ием электроны дв игаются , ускоряясь , к
экрану и переносят на него инфракрасное изо­
бражение . Энран испускает уже видимое излу­
чение .
Можно и по-др угому преобразовать инфра­
красное изображение в видимое . Для этого на
экран передающей тел ев изионной трубки нано­
сится вместо слоя, реагирующего на видимый
свет, полупроводниковый сл ой, чувств итель­
ный к инфракрасному излучению . Электронный
луч передаст инфракрасное изображение с та­
кого экрана через усилительную радиосхему
на приемную трубку - кинескоп, такую же,
как и в обычном телевизоре.
Обе эти системы позволяют преобразовать
изображения очень слабо нагретых тел в види­
м ые . Для электронно-оптического преобразо­
вателя фотоны должны обладать энергией ,
достаточной, чтобы выбить элеnтрон из его чув­
ствительного слоя . В телевизионном преобразо­
вателе, там, куда попадет излучение, долж­
но измениться сопротивление слоя . Для этого
энергия может быть меньш ей , и, следов ательно,
можно обнаружива ть излучения с более длин­
ной волной .
Изображение человека на экране кинескопа, подученное в по".
ной темноте с помощью инфракрасной передающей трубки .

2
э
СВЕТ ПОСЛЕ ПРОХОЖДЕНИЯ ОБЪЕКТИВА
• СЛОЕ ПОСЛЕ Пl'О-
111111111 cnoA,ЧУ8СТ811ТЕЛ"Н1о1Й
llll
l
EHllll OlirAЭYETCll
К 113ЛУЧЕН1111М
-�,_
__
__
_
�
4
Цветная фотография. 1 . Сфотографировать предмет А череа красный, аеленый и синий светофильтры все рав­
но, что сфотографировать его освещенным красными, аелеиыми и синими лучами. Негативы будУТ черно-белы­
ми, но почернение эму"ьсин буд ет соответствовать разложению цветов светофильтром. 2. Получение поаитива
с трех негативов. 3. Ход цветных лучей в. призме. 4, Раареа трехслойной цветной фотографической пленки.

СВЕТ
ГJIABHЬiif ОПТНЧЕСRИif ПРИБОР •
Каковы бы ни были оптические устройств а,
+
все они рассчитаны на глаз человек а. Это тоже
оптический прибор (рис. 33) . Его оптическую
систему можно сравни ть с оптической системой
фото аппарата . С помощью простейшего объек­
тива
(двояковыпуклой одиночной линзы)
пр едмет , св етящийся или отражающий лучи
других источников света , может быть и зобра­
же н в любой плоскости .
Объектив фотоаппарата передает и зображение
на фотопластинк у, а оптика глаза - на глаз­
ную сетчатку, своего рода светочувствительный
сл ой, пер едающий изображение в мозг . Объек­
тив фотоаппарата , как правило, подвижен , так
как изображения предметов, находящихся на
разном расстоянии от аппарата , можно пере-
Рис. 33 . Глаз человека: 1 -
радужная оболочка, 2 - хрус­
талик, 3 - сетчатая оболочка,
4-слепое пятно и глазной нерв,
б - стекловидное тело (стуце-
ннстое прозрачное вещество).
дать на фотопластинку, только перемещ ая объ­
ектив вдоль его оптической оси . Г .11азная лин­
за - хрусталик - изменяет с помощью особых
мыш ц кривизну св оей повер хности . Это дает
возможность хрусталику, остав аясь неподвиж­
ным относительно сетчатк и, изображать н а
н ей по-разному удаленные от глаза предметы .
Диафрагма в фотоаппарате ограничив а ет
пучок св ета , входящий в объектив .
Ту ж е роль играет в глазе радужная оболоч­
ка. В зависимости от силы светового потока,
падающего на поверхность гл а з а, отверстие в
радужной оболочке меняется помимо нашей
воли.
Переведите взгляд с темного на яркий пред­
мет: зрачки гл аза начнут сужаться (умень­
шается диаметр радужной оболочки} , в глаз
попадет уже меньш ая доля светового потока.
Так гл аз защищается от излишней св етовой
энергии.
Св еточувствительный слой сетчатки состоит
и з здементов дв ух в идов : колбочек и палочек.
Таблица к cmamъe (<Радио�)
Наверzу - спектр электро11агнитных волн,. вни­
ау - спектр радиоволн.
u13д.э.т.3
1
Рис. 3�.
От каждой из них ид ет нервное во.11окно, пере­
дающее световое раздражение в мозг. В сет­
чатке · человеческого гл аза 120 млн . палочек
и 6 млн . колбочек ! Но есть место на сетчатке,
не чувствительное к св ету, - слепое пятно.
Через него входит в гл аз зрител ьный нерв,
в котором собраны нервные волокна от всех
палочек и колбочек .
Закройте правый глаз и п осмотрите л евым
на крест , и зображе нный на рисунке 34 . Боко­
вым зрением вы увидите черный кружок слева.
Если приблищать рисунок к глазу, то на рас­
стоянии 20-25 см круг и счезнет и з поля зре­
ния , - е го и зображение в гл азу попадет на
слепое пятно .
В области видимого св ета от 0,39 до О,75 мк
чувствительность человеческого глаза очень в ы­
сока . Если человек долгое время находится
в темноте, его глаза при спосабливаются к вос­
приятию чрезвычайно малы х световых потоков .
Академик С. И. Вавилов доказал своими опы­
тами , что глаз в таких условиях может чувст­
вовать даже отдельные кванты света .
Не ослепляют глаз и больш ие потоки света.
Они могут превосходить наименьшие потоки,
воспринимаемые ч еловеческим глазом, в 1000
млрд . раз (в 1012 раз) . Такое соотнош ение было
бы, например , если на одних и тех же весах
взвешивать тела от 0,0001 г до 10 т: баци ллу
и желе знодорожный вагон!
Глаз хорошо различает цв ета , хотя он и
по-разному реагирует на потоки монохромати­
ческого света одинаковой мощности, но с раз­
ной длиной волны.
Желто-зел е ные лучи покажутся самыми яр­
кими , красные и фи оле товые-самыми слабыми.
Если яркость желто-зеленого свет а (Л.=0 ,555 мк) ,
ощущаемую гл азом, принять за единицу,
то яркость голубого света (Л.=0 , 49 мк) при той
же мощности будет за дв е десятых, а яр­
кость красного (Л.=0 ,65 мк) - за одну десятую
единицы (рис. 5 па цвет. табл. у стр. 177).
Излучения с длиной волны меньше О ,3 мк
(ультрафиолетовые лучи) и с длиной волны боль­
ше 0,9 мк (инфракрасное и злучение) гл аз даже
в мощных потоках не почувствует. Если в диа­
гр амме по оси абсцисс отложить чув ствитель­
ность глаза к свету с различными длинами вол­
ны, а по оси ординат - со отв етств ующую дли­
ну волн, то получим крив ую спектральной чув -
:193

ДВИЖЕНИЕ И 3НЕРГИJI
ств ительности гл аза . Эту кривую называют
(<Кривой видности�>.
Максимум чувствительности гл аза совпад ает
с максимумом излучательной способности Солн­
ца . Гл аз приспособлен именно к солнечному
свету. Но механизм зрения слиш ком сложен ,
и пока что нет полностью удовлетв орительного
объяснения , почему желтые и зеленые ·л учи
кажутся гл азу намного ярче, чем красные и
фиолетовые.
Существ ует , быть может , и не очень серьез­
ная , но все же интересная теория. В спектре
лучей , которые пропускает в свои толщи вода
морей и океанов , энергия распределена так же,
как и на кривой, отр ажающей спосо бность чело­
века видеть цвета . Подводный мир осв ещен как
раз тем светом, к которому человеческий глаз
наиболее чувств ителен .
Жизнь зародил ась в океане. Глаза перво­
бытных животных приспосо бились к свету
морских глубин . Если предположить , что глаз
в течение миллионов лет сохранил свои харак­
теристики неизменны ми. пок а живые организ­
мы прошли путь от земноводных до челов ека,
тогда все в порядке : это объясняет кривую
видности челов еческого гл аза.
ОПТИЧЕСКОЕ ВООРУЖЕНИЕ Г.JIAtJA
Пол ожите дв ухкопеечную мон ету на закопчен­
ное стекло , отставьте это стекло на 20 см от глаза
и посмотрите ск возь него на Солнце . Двигая
по стеклу монету , вы закроете ею Солнце . Ги­
гантское Солнце уд алено от нас на 150 млн . км,
но его изображение на сетчатке гл аза в
десять раз меньше, чем изображение двухко­
пеечной монеты , отстоящей от гл аза на 20 см.
Это объясняется тем , что Солнце мы видим
под углом зрения 31', а монету под углом при­
мерно в десять раз большим -5° . Лучи, идущие
от контуров какого-либо предмета к зрачку,
образуют угол , под которым мы видим предмет .
Им и определяется видимая в глазе величина
этого предмета . Если гл аз видит дв е точки под
углом, меньшим чем 1', то они слив аются . Оп­
тики определяют это св ойство гл аза так : разре­
шающая способность rлаза не превышает одну
уr.лов ую минуту. Х русталик глаза не может
изобразить предмет на сетчатке, если этот пред­
мет отстоит от глаза меньш е чем на 10 см.
Максимально возможная кривизна хрусталика
недостаточна для этого .
Чтобы видеть очень малые предметы под
больш им угл ом зрения , изобретен микроскоп.
194
Микроскоп в разрезе: 1 -
объектив,
2 - окулярная
линза, :� - система лииа
осветителя (конденсатора).
s·
--�-;.:;=- -
-
-
-
--
-
-
-
-�,,
,.
1
----
/
'l''
-
--
-
:-
,,
,
""'
--; ;/__ -
"
Самый простой микроскоп-двояковыпуклая линза. Когда пред­
мет TS находится между линзой и ее фокусом F, линза дает
мнимое увеличенное изображение Т'S' на большем расстоянии
от глаза,чем предмет TS. Есяи Т находится намного ближе к F,
чем к линзе, то угол, под которым виден предмет, примерно
TSМ
•
равен у· аксимальныи угол, под которым можно увидеть
TS
предмет,
_
не примен яя линзу, равен d' где d- наименьшее
расстояние, на кот3ром предмет отчетливо различается г.1
1
а­
зом . Отношение / и есть угловое уве.:шченис лииаы; у
одиночной линзы оно не превышает 20.
ОКУЛЯР
Схема оптической системы микроскопа. Об'Ьектив
- мож•
иая линза с очень малым фокусным расстоянием - ооадаеоr
увеличенное изображение предмета. Это изображение раОО1
1
ат-
ривается глазом через окуляр микроскопа.

Сов ременные би ологические микроскопы ув ели­
чив ают предметы от 400 до 2000 раз. Больше
чем в 2000 раз никакой оптически й микроскоп
ув еличить не может , потому что размеры пред­
метов , рассматрив аемых в микроскоп, дол жны
быть сравнимы с длиной волны того св ета , кото­
рым освещен объект (рассматриваемый пр едмет) .
Иначе говоря , размеры детал ей предмета , раз­
личимые в оптический микроскоп , определяют­
ся формулой:
d= о,61л.
-А-
В этой· формуле А приблизительн о равно
единице . Для золеного света величина
d
равна
0,3 мк. Чтобы видеть предмет такого размера
под углом зрения , большим чем 1', достаточно
увеличить его в 1000 раз . Если добиться боль­
шего увеличения , никаких новых подробностей
в и зображении н е обнаружится . Попробуйте
посмотреть через сил ьную лупу на фотогра­
фию, напеча танную в газете . Новых дета­
лей вы не увидите , но изображение потеряет
четкость . Излишнее увеличение не помогает .
Так же и в микроскопе: слиш ком больш ое уве­
личение не поможет рассмотреть предмет , р а з­
меры которого меньш е, чем световая волна .
Такие предметы свет огибает по законам диф­
ракции света .
А если освещать предмет ул ьтрафиолетовым
и злучением? Ведь длина волны ультрафиолето­
вых лучей короче , чем у видимых лучей . Да,
существ уют такие микроскопы, но на этом мно­
го не выиграеш ь.
�ЛЕКТР ОННЫП МИКР ОСКОП
Изображения предметов можно получить
н е только с помощью световых лучей , но и при­
мен.ив пучки заряженных частиц, например
электронов . Для этого и сл ужит электронный
микроскоп.
Допустим, нам нужно изучить вирусы , не­
видимые в самые лучш ие оптические микроско­
пы. Каплю воды с вирусами наносят на очень
тонк ую коллодиевую пленку толщиной всего
в 0,01 мк . П ленка выс ушивается и заклады­
вается на так называемый предметный столик
электронного микроскопа . На нее направляют
параллельный пучок электронов (рис. 35) .
Тело вируса неодн ородно, и разные его части
рассеив ают электроны по-разному. Чем силь­
нее рассеиваю тся эл ектр оны, проходящие через
какую-либо часть вируса , тем меньшая· доля
13*
11 1 ПУЧОК
+ + + злеКТРОНОВ
А
Рис. З;>. Опти ческая
схема электронного
микроскопа .
Ученый- вирусолог смотрит
в окуляр ЭJ
J
ектронного мик­
роскопа.
СВЕТ
их проходит через отверстие DD- апертур­
ную диафрагму микроскопа. Электронная лин­
за L собирает в точке В электроны , выш едш ие
из точки А расходящимся пучком, и так точк у
за точкой дает электронное и зобр ажение пред­
мета на св етящемся под действием зл ектр онов
экране S. Наименьш ая плотность электронов ,
падающих на экран, будет в тех м естах изобра­
жения , которые соотв е1:.ств уют наиболее плот­
ным, а значит, и
·
рассеивающим злектроны
частям в ируса. Эти места на зкране будут
темными . Менее плотные и менее рассеи­
вающие части вируса изобразятся как св етлые
участки .
На самом деле в электронном микроскопе
нет экрана. Полученное в плоскости SS изобра­
жение служит, как и в оптическом ми кроскопе,
предметом для второй линзы, которая и дает
и зобр ажение на зкране, светящемся под дей­
ствием электронов . На этом экране микроско­
пист рассматривает изображение в лупу.
Преимущество электронного микроскопа пе­
ред оптическим в том, что у н его гораздо боль­
шая разреш ающая способн ость .
Французскй физик Луи де Бройль выск азал
смелую мысль: связъ между дл иной св етовой
волны фотона 11 количеств ом его движения спра­
ведлива для любой частицы . Эксперименты
подтв ердили эту гипотезу. Если электрон дви­
жется со скоростью v, то длина его волны

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
h
равна А=-.
В микроскопах электроны, падаю-
mv
щие на р ассматриваемый предмет , разгоняются
электрическим напряжением порядка 15 ООО в.
Их скорость достигает 72 500 км/сек, а длина
волны равна 0,1 А. Так как длина волны элек­
тр она в 50 ООО раз меньш е световой волны в зе­
л еной части спектр а, то дифр ак ция в эл ектрон­
ном микроскопе сказывается значительно мень­
ше, чем в оптическом. Разреш аемое расстояние
d ограничив ается в них уж е не дифракцией ,
а несовершенств ом электронных линз . В хоро­
ших электронных микроскопах d достигает
6 А, т. е. в 200 раз меньше, чем в ультрафиоле­
товом оптическом микроскопе .
TEJIECROП
"У зрительных труб и телескопов другая
задача : дать возможность под большим угл ом
зрения рассматрив ать. уд аленные предметы .
Телескоп с ди аметром объектива или зеркала
в D мм позволяет различать предметы, угло-
140"
u
вые размеры которых равны
D. Из этои фор-
мулы следует , что разреш ающая способность
тел ескоп а может быть увеличена, если в нем
поставить зеркало больш его диаметр а. Суще­
ств уют телескопы с диаметром зеркала около
5м.
(О телеск опах подробнее расск азано
в т. 2 в ст . «Как работают астрономы» .)
ЦВЕТНАЯ ФОТОГРАФИЯ
Глаз отличает в солнечном спектре семь
цветов и множеств о оттенков . Цвета , например
синий и желтый , нормальный гл аз легко раз­
личит , даже если их яркость одинакова.
Мы счит аем одинаковыми цв ета дв ух монохро­
матическ их пучков , если длина их волн отли­
чается всего на 0,00 1 мк. Только когда разница
в дл ине волны д остигнет О ,002 мк , глаз начи­
нает чув ств овать различие в цв ете .
Но глаз ни в коей мере не может быть таким
же точным, как спектроскоп, не может заменить
его . Св етовые потоки с сов ерш енно различным
спе�<тр альным составом могут восприниматься
нами как потоки одинакового цвета . Больш е
того , смеш ав в определенной пропорции три
основных цвета, можно получить любой спек­
трал ьный цвет и даже цв ет , которого нет в спек­
тре: малиновый , пурпурный и, наконец, белый .
На этом явлении основ ана цв етная фотография .
198
В технике цв етного фотографирования за
основные цв ета приняты синий, зеленый икра­
сный. Еще в 1861 г. Максвелл ук азал на воз­
можность получать многоцветное изображение и з
этих трех цветов (см. цвет. табл. у стр. 192).
Сдел аем с предмета, окраш енного в различные
цв ета , три обычных фотоснимка, освещая его
к расным, синим и зеленым светом. Изготовим
три отпечатка на позити вных фотопленках,
затем каждую и з этих пленок окрасим в цвет
того света , которым освещался предмет при
получении ее негатива . С помощью трех проек­
ционных фонарей совместим на экране все три
цветных изображения : снятый предмет предста­
нет перед нами во всех его натуральных цвета х.
Из трех цветов пол учились все остальные .
Свет, падающий на фотопленку, разлагает
в ее светочув ств ительном сл ое бромистое сереб­
ро . В проявителе те места пленки, куда попало
много света , станут темными , а где света было
мало - светлыми . Так получают негатив чер­
н о-белого изо бражения .
Фотографируя в красных лучах, мы тоже
получим черн о-белое изображение, но почерне­
ния образуются в тех местах снятого предмета ,
к оторые отражали цвета - оранжевый, желтый,
пурпурный, ну, и , конечно , сам красный цв ет .
Места изображения , где предмет окраш ен в зе­
леный , голубой, синий и черный цвета , останут­
ся св етлыми . П редмет был окраш ен в красный
цв ет, и потому эти места его не отразили.
С негативной пленки получают позитив, и
на нем соотнош ение черных и белых пятен бу­
дет обратное: красно-желтые оттенки дадут
св етлые пятна, а сине- зеленые - темные
пятна .
Так же получают и дв е другие позитивные
пленк и . На негатив е, снятом в зеленых лучах,
почернение будет там, где предмет окраш ен в
цв ета : голуб ой, зеленый, желтый , белый и се­
рый. На негатив е, полученном при синей под­
светке, почернение получится там, где предмет
окраш ен в цв ета : синий , голубой, пурпурный
и белый .
На экране в результате смеш ения цв етов
изображение предмета будет окраш ено в нату­
ральные цв ета . С помощью специальных прие­
мов и проявителей можно таким же способом,
с трех негатив н ых пленок , зафиксировать цвет­
ное изображение и на фотобумаге, конечно , не
на обычной, а на специ ально и зготовленной для
цв етного фотографирования .
В 30- х годах нашего столетия изобретены
способы, как получать цв етную фотогр афию не
с трех , а с одной н егативной пленки, снимая

предметы, осв ещенные обычным солнечным
светом . Фотографируют на специал ьную цв ет­
ную пленку. В ее св еточувствительной эмуль­
сии три слоя , к аждый из которых чув ствителен
только к одному цв ету . П о тому же принципу
изготовляется и специальная цв етная фото­
бумага .
PO"lJЬ ОПТИКИ В РАЗВИТИИ
ФИЗИ КИ
Многие поколения ученых, пытаясь опреде­
лить , что такое свет, ставили исключительно
тонко задуманные и в сов ерш енств е исполнен­
ные опыты . На основании этих опытов созда­
вались новые физически е теории , которые каса­
лись не только оптики, но и всех разделов фи­
зики.
Более двух тысяч лет назад был установлен
закон о прямолинейном распростр анени и св ета .
Следующий шаг сдел ал Ньютон: он доказал ,
что призма разлагает белый свет н а «простые»
цв ета . Френ ел ь обосновал волновую теорию св е­
та . Максвелл док азал, что световая волн а -
это электромагнитные колебания . Ученые, ис­
следуя излучения накаленных тел и линейча-
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
тые спектры паров и газов , со здали квантов ую
теорию - оснпв у всей современной теоретиче­
ской физики.
В наше время энергия св ета играет больш ую
роль и в технике, особенно н измерител ьных
приборах. Во многих случаях ник акими другими
способами н ельзя получить такие точные ре­
зультаты измерений, как с помощью световых
волн .
Еще совсем недавно многие физик и считали ,
что в науке, изучающей свет,- в оптике - вряд
ли можно ожидать рев олюционные открытия:
ведь этой науке бо.лее двух тысяч лет. Но это ,
конечно , не так . Еще многое в науке о свете
осталось неясным и тр ебует кропотливых и
длительных исследов аний . Некоторые ученые
считают , что «св ет - самое темное место в фи­
зике» ; пожалуй, они правы .
В 1960 г. оптик а снова вторглась во все раз­
делы физики . Созданы н овые источники св ета -
лазеры, яркость луча которых в сотни миллио­
нов раз прев осходят яркость Солнца . Уже те­
перь ученым ясно : в очень недалеком будущем
лазеры окажут огромное влияние на развитие
науки и техники .
Вечно молодая наука о свете опять оказа­
лась на переднем крае науки.
•
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
ltlАГНЕТИЗМ
Нет , наверное, такого человека, который н е
сл ыхал бы или не читал детскую сказочку о
Мальчике-с -п альчик . А каждый тот , кто пом­
нит ее, знает , как Мальчик-с-пальчик ухитрил­
ся найти до рогу домой : он оставлял на дороге
камушки . Но такое прои сходит не только в сказ­
ках . Например , некоторые виды муравьев отме­
чают себе обратную дорогу капельками сильно
пахнущей жидкости .
Отправляясь в п о­
ход или в путешествие ,
прежде всего позаботь­
ся о компасе. Он на­
дежнее, чем камушки
мальчика из сказки .
Магни тная стрелка оп­
ределит
направлен и е
стран света и не даст за­
блудиться в дороге .
В др евни е времена свойств а магнитной
стрелки казались волшебными . В древней Гре­
ци и это свойство связывали с деятельностью
богов . Камень, которым натир али железную
иглу, назыв ал и камнем Геркулеса.
«Этот камень не только притягив ает желез­
ное кольцо ,- он одаряет своей силой и коль­
цо , так что оно в свою очередь мо жет притяги­
вать другое кольцо , и таким образом может
висеть друг на друге множество колец или
кусков железа; это происходит благодаря силе
магнитного камню> . Так др евнегреческий муд­
рец Сократ описыв ал свойство камня , найден­
ного вблизи города Магнесия , в Малой Азии .
Древние народы хорош о знали этот удиви­
тел ьный камень . В Китае и Индии о нем ходили
легенды . Там же, на Востоке , впервые догада­
лись , что намагниченной иглой можно пользо­
ваться как указателем сев ера или юга . И по
сейдень компас-надежный помощник
путешественника, штурмана , геолога , туриста .
19'i

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Всем изв естно , что голуби , как и многие
виды птиц, возвращаются домой за сотни J{И­
лометров. Еще древние египтяне заметили это
и использовали голубей для связи. Во время
франко-прусской войны 1870 - 1871 гг. голуби
доставили в осажденный Париж 150 тыс . офи­
циальных депеш и почти миллион писем!
Но по каким же· приметам ориентируются
голуби? С- Мальчиком-с -пальчик все понятно.
С муравьями тоже. А голуби? :Как они находят
д орогу из Америки в Европу (были и такие
случаи)?
Некоторые ученые-орнитологи предпол агают,
что голубям помогает особое чувство - магнитная
ориентировка. Но это еще не доказано.
Магнетизм с незапамятных времен загады­
вает людям множество загадок , и, проникая в его
секр еты , ученые все больше убеждаются , что
природа магнетизма неисчерпаема, а его зако­
номерности влияют на многие жизненные
процессы.
Если же мы охватим взглядом все, что
связано и с магнетизмом и с электричеств ом,
и попытаемся представить себе все значение
электрических и магнитных явлений , то увидим,
что ни наука, ни тех ника, ни многие другие про­
явления человеческой деятельности просто немы­
слимы без познания и использов ания их законов.
Маг нитная стре-1
1
ка
Намагниченная игла - магнитн ая стр елка
не всегда устан авлив ается послушно в нап­
равлен ии север - юг. Наблюдения за ее поведе­
н ием показали , что она может «капризничатм.
«Всякий раз , когда я плыв у из Испании в
Индию ,- свидетельств овал
Христофор :Ко­
лумб ,- я замечаю , отойдя 100 морских миль
108
к западу от Азорских островов , необычайное
изменение в движении небесных тел , темпер ату­
ре воздуха и поверхности моря. Я тщательно
отмечал эти изменения и нашел, что компас ,
До того отклонявшийся к северо-в остоку, те­
перь переходил к северо-западу...» .
Угол , на который отклоняется стрелка от
направления север - юг, называют с к л о н е -
нием. Если на геогр афической карте нанести
склонения , получится так называемая геомаг­
нитная карта склонений.
Склонение вызывается тем , что направле­
ние на географический полюс не совпадает с
направлением на магнитный . Но нередко стрел­
ка капризничает и по другой причине. Долгое
время всех удивляло беспокойное поведение
стрелки компаса вблизи :Курска, это явление
назыв али :Курской магнитной аномалией .
А потом выяснилось , что под :Курском богатей­
шие залежи железной руды , кое-где выходящей
даже на поверхность. Эта руда и вызывает бес­
покойство у магнитной стрелки .
Но, что самое интересное, вызыв ает она
беспокойство и у птиц. Долетая до магнит­
ных аномалий, они разбив аются на отдель­
ные группы, строй и х нарушается, и так про­
должается до тех пор , пока они не выберутся
из тревожного места.
По уклонению магнитной стрелки от мери­
диана люди обнаруживают железную руду.
Так были найдены залежи не только под :Кур­
ском, но и в :Казахстане, и в ряде других мест.
Наблюдения за магнитной стрелкой помог­
ли открыть еще одно ее свойство: она не толь­
ко отклоняется от магнитного меридиана , но и
наклоняется к земле . Это легко обнаружить ,
если подв есить длинную магнитную стрелку за
ц ентр ее тяжести. Еще нагляднее покажет это
явление простой прибор : шарик из пробки надо
пронолоть намагниченной иглой и положить
его на поверхность воды.
Наклонение стрелки или иглы дает возмож­
ность понять, какая причина заставляет ее
поворачив аться в направлении север - юг. Бы­
ло время , когда предполагали , что магнитные
силы находятся на Северном: полюсе, где со­
средоточены магнитные горы, или на Поля.рной
звезде. Но на севере гор нет , и конец стр елки
тянется книзу , а не вверх.
В 1600 г. в Лондоне вышла книга королев­
ского лейб-медика Вильяма Гильберта «0 маг­
ните, магнитных телах И веf(иком магните Зем­
лю>. Гильберт полагал , что Земля подобна на­
магниченному шару. Сделав стальной шар , он
намагнитил его так , чтобы ii ди аметр ально про-

тив ополож ных точках были ярко выражены
полюсы . Перемещая магнитную стрелку в доль
меридиана , Гиль берт наблюдал , как наклоне­
ние ее концов убывает от одного по.'lюса к дру­
гому, а на :экваторе станов ится рав ным нулю.
И Гиль берт сделал выв од, что магнитные силы
сосредоточены в самой Земле . В наше время
магнитное поле Земли уже объясняется процес­
сами , которые должны происходить в ее ядре .
Земля - гигантский магнит . Магнитные стрел­
ки устанавли в аются вдоль незримых линий ,
которые идут над поверхностью Земли от одного
магнитного полюса 1\ другому , и в каждой точ­
ке стрелк а направлена по касательной к такой
линии (рис . 1).
·
Книга Гильберта была началом науки о
магнетизме , который привлек ает в нимание уче­
ных в плоть до наших дней . Гильберт заметил ,
что при намагничивании железный стержень
удли няется . В 1847 г. Д. Джоуль исследовал :это
явление и обоснов ал закономерности м а г -
нитострикции-попеременного удли­
нения и укорачивания металлического стерж­
ня при перемагничивании . Магнит , указывал
Гильберт , теряет свои свойств а при сильном
Рио.-z.
нагревании (рис . 2) .
В 1895 г. Пьер Кюри ус­
тановил зависимость маг­
нитных св о йств магне­
тиков от темпер атуры,
и в учении о магнетизме
появ илась точка К ю­
р и. Если
об :этих
свойств ах изв естно не
всем, то уж каждый зна­
ет, что, как ни разла­
мывать магнит, в любом
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
его куске будет все равно два полюса . Это
свойство магнита побудило исследов ателей за­
думаться , что же происходит в железе при его
намагничив ании?
Крути"1ьные весы
Одноименные полюсы двух магнитных стре­
лок отталкив аются (рис . 3) , противоположные
притягив аются (рис . 4) . Сила , с которой взаимо­
действуют полюсы магнита, была впервые опре­
делена с помощью крутильных весов . Весы :эти
изобрел Шарль Огюстен Кулон. Будучи са-
Рис. 4.
перным офицером французской армии , он все
свободное время посв ящал научным заняти­
ям. В 1779 г. Кулон удостоился приза Академии
наук за работу о судовом компасе , а через
дв а года был избран членом Академи и .
В 1784 г. он сконструи-
ровал крутильные вес ы
(ри� . 5) , чтобы исследо­
вать упругие свойств а
проволоки , и вначале
вовсе не помышлял о
магнитах . Потом же ока­
залось , что если на про­
волоку подв есить про­
долгов атый магнит и к
одному из его концов
поднести конец другого
магнита , то из-за и х
взаимодействия прово­
лока начнет закручи­
ваться , и :это будет про­
должаться , пока сила
притяжения или оттал­
кив ания не уравновесит­
ся упругой силой закру­
ченной проволоки.
Рио. 9.

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Верхний конец проволоки закреплялся по­
сле того , как магнит , подв еш енный на ее ниж­
нем конце, был установлен вдоль магнитного
мериди ана. Угол закручивания проволоки оп­
ределялся св етовым зайчиком , отраженным от
зеркальца , которое было прикреплено к ниж­
нему концу проволоки. Весы были установлены
в стеклянном цилиндре. Дел ения на его стенках
позволяли измерять расстояние между полю­
сами взаимодействующих магнитов. Так как
при взаимодействии подвешенный магнит ук­
лоняется от магнитного меридиана , то величина
силы взаимодействия отличается от истинной ,
ибо в нем участвует магнитная сила Земли .
Магнитную силу Земли можно учесть , замеряя
угол закручивания проволоки , при котором
подвеш енный к ней магнит сохраняет свое
положение после того , как другой магнит
убран.
'
В результате исследований стало возмож­
ным утв ерждать , что величина силы взаимного
действия двух магнитных полю сов пропорцио­
нал ьна их магнитным массам и обратно пропор­
циональна квадрату расстояния между ними :
F=
m1·m2
я2'
где т1 и m2 - магнитные . массы п олюсов маг­
нитов , а R - расстоя ние между ними.
Этот закон назван именем Кулона.
Но, изучая ар хивы английского ученого
Генри Кав ендиша, Максвелл обнаружил ста­
тью , из которой следовало , что тот еще раньше
Кулона создал прибор , с х ожий с крутильными
весами. Но Кавендиш не опубликовал свое
открытие.
Закон К улона внешне сходен с законом все­
мирного тяготения.. Сила тяготения тел , как
показал Ньютон , пропорциональна и х массам
и обратно пропорциональна кв адр ату расстоя­
ния между ними . Случайно е ли это совпадение?
Этот вопрос возник давно , однако исчерпыв аю­
щего ответа на него пока нет.
Кулону принадлеж ат весьма убедительные
дов оды , почему магнитная сила Земли лиш ь
поворачив ает магнитную стр елк у, но не сме­
щает ее. Силы взаимодействия между каждым
из полюсов Земли и стрелк ой равны по величи­
не, приложены к ее концам, параллельны , но
напр авлены в противоположные стороны. Силы,
приложенные к телу таким образом , не могут
его смещать. И х действ ие приводит к вращению
тела. По мере приближения стрелки к направ­
лению меридиана линии действия этих сил F 1
и F 2 сближаются , уравновешивают друг друга,
200
и стр елк а устанавливается по магнитному мери­
диану (рис. 6) .
Кулон полагал , что в желез е при намагничи­
вании образуются маленькие магнитики. В каж­
дой частичке железа есть северный и южный
магнетизм, и их можно отделить друг от дру­
га. Заблуждение Кулона рассеял ирландский
х имик Ричард Кирван в 1797 г. Он предложил
Рис. 6.
рассматривать молекулы железа к ак природные
магниты независимо от того , намагничено оно
или нет. Когда железный брусок н атирают от
середины к краям противоположными полюсами
магнита , магнитики-молек улы , подобно стрел­
ке компаса , устанавливаются вдоль бруска и
сам он становится магнитом (рис. 7) . Такое
представление объясняло , почему магнитную
силу нельзя ув еличив ать в железном бруске бес­
предельно. Предел наступает , когда все маг­
нитики-молек улы повернутся в одну сто­
рону.
Таким образом, к началу XIX в. природу
магнетизма стали усматривать в свойств а х , при-
Рис. 7.
сущих. молекулам : намагничив ание - это маг­
нитная ориентация молекул в одном направле­
нии. Дальнейшие исследов ания магнетизма все
теснее связьш ались с изучением электричества.

�.JIЕКТР ИЧЕСТВО
.
·.) J/
'
(
>�jJ �i
.. �_1т._
-��
ЭJiектродвижущую cиJiy вт­
мосферноrо ЭJiектричества
ученые иссJiедуют и в наше
время.
Проявление элект­
ричества в природе из­
вестно каждому. Это
молнии - мгновенные
разряды атмосферного
электричеств а.
Реж е
встречаются
шаровые
молнии - бесшумно па­
рящие скопления элект­
рических зарядов. Но
электричество
играет
большую р оль в самых
разнообразных явлени­
ях природы , которые на
пер вый
СКИМИ.
взгляд кажутся совсем не электриче-
Янтарь-а.Jiектро н
В древние времена к берегам Балтийского
и Сев ерного морей металл привозили из сре­
диземноморских стр ан . Среди товаров , полу­
чаемых в обмен , особенно ценилась ископаемая
смола . На севере ее назыв али янтарем, а на
юге - электроном. Из янтаря-электрона дела­
ли украшения .
Обрабатыв ая янтарь, греки заметили , что ,
если его натереть , он притягив ает ворсинки
шерсти ,
обрывки н иток , волосы , перья .
В обиходе появились даже янтарные палоч­
ки , которыми собирали пыль с одежды.
Удивительное свойство натертого янтаря не
привлекало до Гильберта �нимание ученых .
Гиль берт первым обнаружил , что этим свой­
ств ом обладают очень многие веществ а - алмаз ,
сера, кварц и, как потом обнаружилось , даже
металлы . Электризацию металлов наблюдал в
начале XVIII в. английский ученый Грей .
Чтобы обеспечить изоляцию от земли , он на­
тирал металлические предметы , расположив­
шись на качелях , 1юторые были сделаны из
волосяны� веревок (рис. 8) .
ЭЛЕКТР ОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Силу притяжения , которой обладает натер­
тое тело , Гильберт назвал электрической, а
связанныесэтимявления-электриче-
с к ими явлени ями. Этим он подчерк­
нул роль янтаря-эл ектрона в новой области
науки.
Сначала электрическими явлениями лишь.
развлекались , но постепенно к ним стали отно­
ситься серьезно , ими заинтересов ались ученые .
В середине XVII в. магдебургский бургомистр
Отто фон Герике, открывший немало физических
явлений , сделал большой шар из серы, насадил
на ось и, вращая , электризовал его трением
(рис. 9) . Шар легко притягив ал пушинки.
Коснувшись шара, пушинка отталкив алась
от него . Так было открыто электрическое от­
талкивание. При электризации шара Герике
слыш ал легкое потрескив ание, а проводя
опыт в темноте , обнаружил слабо мерцаю­
щие электрические искры. Но самые важные
отJtрытия начались в XVIII в. Лишь тогда
ученые стали находить правильные объясне­
ния свойствам янтаря и других наэлектризо­
ванных тел и пытаться применить эти св о йств а
на практике.
Два вв�а а.Jiектрвчества
Французский естеств оиспытатель Шарль Дю­
фе экспериментировал однажды с наэлектри­
зованным золотым листком, удержnв ая его
в воздухе тоже наэлектризованной стеклянной
палочкой . Он приблизил к листку наэлектри­
зованную палочку смолы: вопреки ожиданию ,.
она не оттолкнула листок , а притянула . Дю­
фе продолжал опыты и, в конце концов , раз­
гадал новое явление . « .. . Существ ует .дв а рода
электричества - один род я назыв аю стеклян-
20:1

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
ным электричеств ом, а другой смоляным , -
писал он .- Первый род получается (трением)
в стекл е, в драгоценных камнях, в волосах,
в шерсти и т. д. , другой - в янтаре, смоле,
шелке и т. д . Существенное различие этих дв ух
родов эл ектричеств а состоит в том , что каждый
из них отталкив ает электричество того же рода ,
но притягивает электричество другого рода» .
Какого рода электричеств о получилось пос­
ле натир ания предмета , помогает узнать эл ект­
рический маятник - шарик из бузины , под­
вешенный на шелковой нити . Если к шарику
приблизить стеклянную наэлектризов анную па­
лочку, он притянется к ней и, коснувшись , от­
толкнется : шарик зарядился стеклянным элект­
ричеством! Если теп е рь поднести смоляную па­
лочку, он притянется к ней , а потом оттолк­
нется . Шарик зарядился смоляным эл ектри.че­
ством .
Б енджамин Франклин, рассуждая о при­
чинах электриз ации тел при трении , полагал ,
что происходит перер!l.спредел ение «электри­
ческого веществ а» , содержащегося в каждом
теле . Избыток его не может находиться внут­
ри тел и выступает на поверхность . Тело
заряжено положительно , что соотв етств ует
«стеклянному эл ектричеств у» . Недостаток элек­
·трического вещества соответствует отрицатель­
но заряженному т елу («смоляное электричест­
во») . Названия двух родов эл ектричеств а -
Рис. 10.
поло жительное (плюс) и отриц а­
т ел ь ное (минус) - стали общепризнанны­
ми (рис . 10), но гипотеза Франкл ина об одном
лиш ь роде электричеств а оказалась неверной.
Количеств енные исследов ания эл ектриче­
ской силы провел Кулон на тех же крутильных
весах . На серебряной нити подвешивалась па­
лочка из шелка. На одном ее конце бЫ:л бузи-
202
новый шарик , на дру­
гом, для равновесия.­
бумажный кружок , смо­
ченный
скипидаром.
К шарику прикасались
таким же заряженным
шариком , оба получали
один аковый заряд и от­
талкивались . Шарик на
весах закручивал сере­
бряную нить на такой
угол , при котором упру­
г ая сила кручения урав­
новешивала электриче­
скую силу отталкивания
(ри с. 11).
Измерив углы закру­
чив ания при различ­
ных зарядах и подсчи-
тав силы отталкив ания ,
Рис. 11 .
Кулон обнаружил в 1785 г. закон взаимодейст­
вия электрических зарядов : сил а взаимодействия
пропорциональна величине зарядов и обратно
пропорциональна кв адрату расстояния между
ними . Этот закон можно записать так :
F - q,·q2
-
л2
'
где q1 и q 2 - вел ичина электрических зарядов , а
R - расстояние между ними . Измерения силы
взаимного действ ия производились в воздухе.
Натирая и электризуя тела , иссл едователи
долго не обращали внимание на то , что элект­
ризуются при этом оба тела, причем противо­
положными зарядами . Но как только это замети­
ли , стало ясно : электризация тел - это не со­
здание электрических зарядов , а их разделение.
Тела, наэлектризов анные равными противо­
положными зарядами , соприкасаясь , теряют
свойство притяжения. Заряды при этом не унич­
тожаются , а нейтр ализуются , т. е. на каждом из
тел становится поровну положител ьных и отрица­
тельных зарядов .
Все это позволяет сдел ать очень важный
вывод : каждое электрически нейтр альное тело
содержит равные количеств а положительных
и отрицательных· зарядов . Тело окажется на­
электризов анным в том случае , если зарядов од­
ного знака будет больше, чем зарядов другого .
�еJ
J
ектрическиА ток
В первых же опытах с электризацией тел
обнаружилось , что одни из них хорошо переда­
ют электрический заряд , а другие совсем не

передают. Первоначально все веществ а подели­
ли на проводники и изоляторы . П отом выяс­
ни лось , что изоляторы можно в свою очередь
подел ить на плохие проводники и полупровод­
ники . Оказалось , что плохой проводник , на­
пример стекл о, может стать проводником, если
ег о нагреть . Все это , конечно , означало, что
проводимость зависит от ·химических и физи­
ческ их свойств веществ а.
Направленное перемещение эл ектрических
зарядов в проводнике назвали электри-
ческ им ток ом. Теш�рь надо было выяс­
нить, при каких условинх можно его поддер­
живать в проводниках . К решению этой задачи
подошли несколько неожиданным путем .
Ска.1
1
ьnеdь Га.1
1
ьвани, сто.1
1
0 Во.1
1
ьта
в дуга llетрова
Живший в Болонье профессор анатомии
Луиджи Гальвани , подобно многим своим со­
временник ам, увлекался электрическими явле­
·ниями и пользовался в опытах электрической
машиной ,
рические
которая позволяла разделять элект­
заряды , образующиеся от трения
вращающегося
диска
(рис. 12). Заряды сте­
кали на дв а металли­
ческих шара. Когда за­
рядов
накаплив алось
много , между шарами
проскакивала
искра,
подобная той , которую
наблюдал Герике.
Рис. 12.
Однажды Гальвани
препариров ал лягушку,
а рядом потрескив ала
эл ектрическая машина.
О том, что случилось дальше, он рассказал в
книге «Трактат о сил ах электричества при мус'­
кульном движении» : «Когда один из помогавших
мне случайно чуть-чуть коснулся концом скаль­
пеля до внутреннего бедренного нерва лягуш­
ки ... все мускулы этого сочл енения сократились
несколько раз , как будто в них произошли
сильные токсические* судороги . Другой чело­
век , помогавший нам при электрических опы­
тах , как ему показалось , заметил , что это про­
исходило, когда из кондуктора машины из­
влекал ась искра ... Меня охватила неимовер­
ная жажда и рв ение исследов ать это явление и
пролить свет на то , что было за ним скрыто» .
• Вызван.вые действием ядовитого вещества.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Гальвани не удалось пролить свет на это
загадочное явление : слишком сложны были
электромагнитные явления для ученых той
поры . Но опыт Гальвани помог естеств оиспы­
тателям открыть источники эл ектрического тока.
Итальянский физик Алессандро Вольта
обратил внимание на то , что мускулы ля­
гушки сокр ащаются особенно сильно , если их
касаться дв умя разнородными металл ами , на­
пример медью и железом. Он даже предпо­
ложил , что разнородны� мет аллы п ри сопри­
коснов ении становятся источник ом тока .
20 марта 1800 г. Вольта написал свое
знаменитое письмо , в котором сообщал , что
найден постоянно действующий источник эл ект­
ричеств а:
«. .. Я взял несколько дюжин круглых мед­
ных пластинок - серебряные еще лучш е -
приблизительно в один дюйм ди аметром и та­
кое же число оловянных или лучш е цинковых
пластинок. Затем из пористого материал а, ко­
торый может впитывать · и удерживать много
жидкости (картон , кожа), я нарезал достаточ­
ное числ о кружков . Все эти пластинки я распо­
ложил таким образом, что металлы накл адыв а­
лись друг на друга всегда в одном и том же
порядке и что каждая пара пластинок отделя­
лась от сл едующей влажным нружком из кар­
тона или кожи» .
Далее он рассказы вает , что если коснуться
одной рукой верхней пластинки , а другой -
нижней , то почувствуешь сильный электриче­
ский удар. Такой же удар , какой испытывают
пловцы , нечаянно натt>Лкнувшиеся на элект­
рического угря .
Много лет спустя стало известно, что вдоль
хво�та у электрического угря (о котором упоми­
нал Вольта в своем письме) расположены дв е
эл ектрические батареи , каждая содержит око­
ло 6 тыс . изолированных клеток . В результате
мгновенных химических реакций непроводящая
ткань изоляции приобретает способность прово­
дить ток . Электрический разряд происходит мгно­
венно при напряжении до 600 в и может убить
другое животное или человека.
Вольтов столб , таким образом, стал источ­
ником , поддерживающим перемещение элект­
рических зарядов по проволоке , которой замк­
нуты его полюсы . Это была первая электриче­
ская батарея , сделанн ая руками человека.
В 1802 г. русский академик В. В. Петров
собрал вольтов столб необычных размеров. На
заседании научного общества он изумил всех
присутствующих негаснущей искрой. Ослепи­
тельное электрическое пламя имело вид дуги .
208

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
В 1803 г. В. В. П етров выпустил книгу с
длинным назв анием: «Известие о гальвани-воль­
товых опытах, которые проводил профессор фи­
зики Василий Петров посредством огромной
наипаче батареи, состоявшей иногда из 4200 мед­
ных и цинковых кружков и находящейся при
Санкт-Петербургской медико-хирургической ака­
демии>). В этой книге предполагалась возмож­
ность плавр:ть м еталлы с помощью электриче-
.
ской дуги, которая возникает между кусочками
древесного угля, соединенн ыми с полюсами бата­
реи . В 1882 г. в России начались п ервые опыты
с эл ектросв аркой металлов посредством вольто­
вой дуги , или «дуги Петрова>) . А еще раньше , в
1876 г. , улицы ев ропейских столиц осв етились
сиянием дуговых ламп , сконструированных
русским изобретателем П. Н. Яблочковым.
Первые источники а.J
J
ектрвческого тока­
гае1
1
ьваническве а.J
J
еиеиты
Элементов этих много , каждый носит имя
своего изобретателя , но у всех у них есть и об­
щее название - гальв анические.
Действие гальв аниче ского эл емента объяс­
ня ется химическими реакциями , эне ргия кото­
рых преобразуется в электрическую . Процесс
преобразования , естеств енно , сопровождается
известными потерями , величина которых за­
висит от устройств а проводников и типа хими­
ч еских р е акций . Действие элементов характе­
ризуют физической величиной - э л е к т р о­
движущей силой (ЭДС), единицаиз­
мерения которой - вольт.
ЭДС п ервых эл ем ентов была очень мала, но
е е оказалось достаточно , чтобы исследователи
открыли законы эл ектрического тока. Основ­
ны е законы постоянного тока установил в 1826 г.
немецкий физик Георг Ом. Закон Ома опреде­
ляет силу тока (/) в проводнике при данной ЭДС,
(Е) источника тока и данных сопротивлениях
источни ка ( r) и проводника (R):
Е
]= R+r.
Силу тока опре деляют в еличиной заряда , про­
ш едшего-через поперечное сечение (q) проводни­
ка в единицу времени (t):
]=..!L.
t
Речьздесьидетопостоянном то­
к е , при котором направление движения заря­
дов по проводнику н е м еняется .
204
Приаиаки а.J
J
ектрического тока
О наличии электрич еского тока мы судим
по разным признакам: по т епл у, которое
развивается в тв е рдых проводник ах (проволоку
можно накалить до яркого св еч ения); по выде­
л ению веществ а из раствора электролитов , по
цв етному св еч ению газов . Эти признаки назы­
вают частными , так как они сопутствуют току,
проходящему через вещество; они положены
в основу электроизмерительных приборов и
устройств , очень распростр аненных в т е хнике .
Например , осл епительное св еч ение раскален­
ного проводника прив ело А. Н . Лодыгина и
Т. Эдисона к мысли создать электрическую лам­
почку . Выделение в еществ а при прохождении
тока ч ерез электролит помогло М. Фарадею от­
крыть законы эл ектролиза, а Б . С. Якоби - зало­
жить основы гальванопластики и гальваносте ­
гии . П ри этом глубже была исследована и при­
рода электрич е ского заряда . Эле ктрический за­
ряд наименьшей величины назван элементарным.
Если вещество при эл ектролизе одновалентно ,
то его грамм-атом будет выдел ен прош едшим
через раствор зарядом, равным ч и с л у Ф а­
р адея:
F =N·e,
где N - число Авогадро, F - число Фарадея,
а е - эл ементарный заряд, величину которого
можно вычислить так :
F
96 520
_
1 6 10_19
е
=
7V=6,02.102з -
•
.
к.
Это открытие указывает на связь эл ектриче­
ского заряда с атомным строением в еществ .
По количеству серебра, выделенного из
раствора AgN03, впервые установили единицу
измерения силы тока а м п е р.
�ЛЕRТРОМАГНЕТИ3М
Общий признак эл ектриче ского тока - его
влияние на магнитную стрелку - обнаружили
при св о еобразных обстоятельствах . Датский
физик Х ане l\ристиан Эрст ед во время л ек­
ции об электричеств е и магнетизме заметил,
что магнитная стрелка компаса уклоняется
от своего направления . IJocлe лекции он
установил , что вблизи от компаса находился
провод, который соединял полюсы гальваниче­
ского элемента . l\ак только элемент замыкался,
стрелка менял а направление. Эрстед долго

размыш лял над этим странным явлением , экспе­
риментировал со стрелками и железными опил­
ками , которые в момент замыкания располага­
лись кругами вокруг провода (рис . 13) . Нако­
нец, в 1820 г. он установил связь между магне­
тизмом и электричеств ом. Затем было установ­
лено , что магнетизм сопутствует току и в про­
водник ах, и в электролитах , и в газах ,
а это зн ачит , что действие н а магнитную
ст релку - общий признак электрического тока.
Французские физики Ж . Био и Ф. С ав ар осе­
нью того же 1820 г. уст ановили, что каждая
часть проволоки с током действует на м агнит­
ный полюс . Это исс."Iедование привело к з ак ону
взаимодействия тока и м агнитного полюса.
Число опытов , которые обнаружив али взаи­
модействие постоянного м агнита с электриче­
ским током , текущим по проволокам различн ой
формы , быстро увел ичивалось. Среди них п ривле­
кает вним ание опыт , при котором электрический
ток пропускали через катушку проволоки -
соленоид, Наконцахкатушки былооб­
наружено дв а противоположных полюса , ничем
не отличавшиеся от полю сов магнита (рис . 14).
Эти полюсы вступали с магнитом во взаимодей­
ствие . Полюсы появлялись даже при одном
витке . Такой дв ухполюсный виток , помещенный
вблизи магнита или проводника с током, вел
себя подобно магнитной стрелке (рис . 15).
Другой опыт провел французский физик
Риq, 14.
Рис. 15 .
ЭЛЕКТРОМАГНИТНQЕ ПОЛЕ
Доминик Араго . Он поместил стальной стер­
жень в стеклянную трубку , обмотанную мед­
ной про_волокой , пропустил по проволоке ток -
стержень намагнитился (рис . 16) . Так был а от­
крыта возможность намагничивания при помощи
электрического тока . Это открытие сыграло
важную р оль для выявления связи между
электр ичеством и магнетизмом .
Андре Ампер , узнав об опытах Эрстеда , про­
должил их и установил , что дв а параллельных
проводника притягив аются друг к другу, если
токи в них направлены в одну сторону, и от­
талкиваются , если токи направлены в проти­
воположные стороны .
Опыты Ампера позволили обнаружить за­
кон, определяющий величину и направление
сил , которые действуют на проводник с током,
есл и он помещен между полюсами магнита ,
т. е . в магнитном поле. Направление силы
определяют с помощью изв естного из курса
физюш правила «л евой руки» (рис . 17) .
Рис. 16.
Рис. 17.
Амперу принадлежит гипотеза о сущности
намагничив ания . Он предпол ожил , что причину
намагничивания сл едует искать в существ ова­
нии круговых молекулярных токов . Токи эти ,
подобно магнитным стрелкам, имеют два полюса
и поэтому устанавливаются в направл ении намаг­
ничивания .
Ученые встретили гипотезу Ампер а благо­
желательно , но она мно гое не объясняла. Взять
хотя бы наблюдения Фарадея над тем , как ве­
дут себя между полюсами магнитов стержни и з
различных веществ . Их пов едение позволило
разделить все вещества на парамаrн итные и
диамаrнитные. Стержни первых тел между
полюсами устанавлив аются вдоль силовых ли­
ний , стержни вторых - перпендикулярно к
ним . Это явление объяснили позже, когда
стало ясным стро ение атома .
�о1
1
ектроиагпитпая инд�·кция
Майкл Фарадей родился в 1791 г. в семье
бедного кузнеца , в предместье Лондона . Три­
надцати лет он поступил в обучение к пере-
205

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
плетчику и каждую свободную минуту читал .
Больше всего его увлекали загадки природы .
В 1810-1812 гг. он прослуш ал курс .11екций
о естеств ознании , в том числе и лекции зна­
менитого химика Гемфри Дэви. В :конце :кон­
цов он решил оставить работу у переплетчи:ка
и попросил Дэви взять его к себе в помощ­
ники. Дэви предложил ему место лаборанта .
В 1813 г. Фар адей сопровождал своего учи­
теля в поезд:ке по Франции и Италии , позна:ко­
мился там с :крупными учеными. По возвра­
щен ии он продолжал свою работу и вс:коре стал
блестящим э:кспериментатором и ле:ктором. Об­
разцом этих ле:кций сл ужит «История свечи» ,
:которая читается . с интересом и в наши дни .
В 1824 г. Фарадей был избран членом Королев­
с:кого обществ а, с 1825 г. стал дире:ктором ла­
бораторий Королевс:кого института .
Вначале Фарадей увле:кался химией , , но
затем посвятил себя обессмертившим его имя
опытам с магнитными и эле:ктричес:кими явле­
ниями . Он приступил :к этим опытам не сразу.
Х отя он постоянно носил с собой магнити:к ,
чтобы не забывать о том, чт() пора, давно
пора заняться магнетизмом. Администр ативная
работа в Королевс:ком институте долго отвле:ка­
ла его от этого . Сообщения об опытах Араго
заставили Фарадея , на:конец, бросить другие
занятия , и он принялся за э:ксперименты .
К осени 1831 г. он получил эле:ктричес:кий то:к в
проволо:ке под влиянием магнетизма и назвал
новое явление
эле:ктромагнитной
инду:кцией.
В записной :книж:ке Фарадея появился рису­
но:к (рис . 18), снабженный та:ким описанием:
«'У меня было железное :кольцо (из мяг:кого
железа) толщиною 7 /8 дюйма и с внешним
ди аметром 6 дюймов . Я обмотал . медную про­
воло:ку много раз (во:круг железного :кольца),
причем одна половина обмот:ки была изолиро­
вана от другой посредством нито:к и :кусоч:ков
ситца ; в моем распоряжении было три проволо-
206
:ки, :каждая дл иною в 24 фута: их можно было
связать в одно или пользоваться :каждой в от­
дельности . . . Назову одну сто рону :кольца А.
Другая сторона В был а обмотана дв умя про­
воло:ками , общая длина коих равнялась 60 фу­
там.ОборотыА иВшливодномитомжена­
правлении . Я соединил проволоки в одну прово­
ло:ку и привязал ее концы к медной проволо:ке ,
проходившей очень близко над магнитной стрел­
:кой. Затем я зам:кнул эл е:ктрический то:к батареи
посредств ом одной из проволо:к А. Магнитная
стрел:ка мгновенно вышла из своего положения ,
стал а :качаться вперед и назад; вс:к
·
оре, одна:ко ,
она пришла в спо:койное состояние, заняв пер­
воначальное положение. Когда я затем преры­
вал то:к , стрел:ка снова выходила из своего
положения» .
Фарадей сделал вывод: при намагничивании
железного :кольца , вызванного то:ком в обмот:ке
.А, наводится (инду:ктируется) то:к в обмот:ке В .
Это лег:ко обнаружить при помощи магнитной
стрел:ки , расположенной вблизи медной прово­
ло:ки , замы:кающей обмот:ку В. Железное :коль­
цо , :ка:к толь:ко потечет то:к в обмот:ке ·А,
становится магн итным , . :ка:к и в опыте Араго .
В этот момент в обмот:ке В возни:кает то:к , :ко­
торый может быть обнаружен магнитной стрел­
:кой, :ка:к в опыте Эрстеда. Обратите вним а­
ние , что опыты Эрстеда и Араго т есно перепле­
таются в новом опыте Фарадея .
Явление эле:ктромагвитной инду:кции было
от:крыто Фар адеем в 1831 г., а в 1833 г. петер­
бургс:кий а:кадеми:к Э.Х . Ленц предложил пра­
вило , :которое по зволяет определить направле­
ние возбуждаемого эле:ктричес:кого то:ка .
MAГHllTHOE ПO.JIE
Магнитные исследов ания Кулона помогли
в ывести за:коны взаимодействия магнитных по­
люсов ; исследования Ампера - за:кон взаимо­
действия проводни:ков с то:ками , а та:кже про­
водни:ка с то:ком и магнита. Величина силы F,
действующей на помещенный между полюсами
магнитов проводни:к с то:ком , пропорциональна
силе то:ка (/), дл ине проводни:ка (l) и синусу
угла между направлением тока и тем направ­
лением , по :которому устанавливается магнит­
н ая стрел:ка там, где расположен проводни:к:
F=В·/
·
l ·sin ('/..
То , что в формуле участвует синус угла означает ,
что величина действующей силы зависит от ори­
ентации проводни:ка с то:ком . Величина F будет

наибол ьш ей , когда угол прямой. При этом
sina= 1.
Некоторые из ученых объяснили взаимо­
действия магнитных п олюсов , магнитного полю­
са и тока, проводн иков с током действием на
расстоянии , без участия окружающей среды
(теория дальнодействия). Другие придержив а­
лись мн ения Фарад е я: полюса взаимодействуют
благодаря особому состоянию среды , которое
вызывается присутствие магнитного по.люса или
проводника с током (теория близкодействия ) .
Дальнейшие иссл едо вания подтвердили пра­
вильность второй точки зрения .
Магнитный полюс или проводник с током
создают вокруг себя магнитное поле. В каждой
точке этого п оля его силовое действие на про­
водн ик с током хар актеризуют о пределенной
величиной -наибольшей силой, с которой дей­
ств ует поле на проводник длиной в 1 м при силе
тока в 1 а. Силовая хар актеристика магнит­
ного поля назыв ается индукцией . Согл асно за­
кону Ампер а индукция В определяется отно­
шением силы F на произведение силы тока 1 и
длины проводника l.
Индукция - это вектор , направление кото­
рого в каждой точке магнитного поля совп а­
дает с напр авлением магнитн ой стрелки:
F
В=т:z·
Магнитное поле удобно изображать графи­
чески при помощи силовых линий. Касательная
к сил овой линии ук азывает направление в е к -
тора индукции магнитногополя(рис.
19). Если в данном месте магнитное поле по
Рис. fD .
какой-либо причине из-
менится , это означает ,
что изменяются величи­
на и направление векто­
ра индукции .
В Международной
системе единиц измере­
ния для индукции по­
ля установлена единица
тес л а. Эта единица
названа в честь югослав­
ского ученого Николы
Тесла. Она определя ется вел ичиной силы , дейст­
вующей на электрический ток в 1 а при длине
проводника в 1 м.
В этом томе есть специальная статья о си­
стемах измерения физических величин . И тем
н е менее эдесь уместно рассказать о некоторых
единицах Международной системы , имеющи х
отнош ение к электромагнитным явлениям .
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
В этой системе формулы, чаще всего уп отребляе­
мые, записаны наиболее просто . Но это только
внешняя сторона системы измерител ьных еди­
ниц. Существенное же в ней то, что в запись
основных законов введены постоянные f1o и е0 •
Физиче ское содержание этих постоянных рас­
крыто в уравнениях Максвелла .
В Международной системе (СИ) 6 основных
единиц и 2 дополнительных (см . ст . «Одна мера
всему миру») .
Для описания механических явлений доста­
точно первых трех единиц этой системы измере­
ний : метра, кил ограмма и секунды . Описание
явлений, электрических и магнитных, требует
четвертой единицы - силы тока. Эти четыре
единицы позволяют выразить единицы всех
физических величин , характеризующих элект­
ричество и магнетизм .
Основным законом магнитных явлений в си­
стеме СИ считается закон Ампера, который опре­
деляет силу взаимодействия прямых параллель­
ных токов . Ампер рассматривал взаимодействие
в воздухе, но величина силы не изменится ,
если влиянием воздуха пренебречь и предста­
вить себе явление происходящим в вакууме :
F=k�l,
r
где коэффициент k зависит от единиц измере­
ния сил ы токов 11 и / при расстоянии между
ними r, длине проводников l и де йств ующей на
них силы F. Сила тока - основная единица .
Она установлена на основании закона Ампер а.
Единица ее измерения -:- а (ампер).
Ампер -это сила Iiеизменяющегося тока, ко­
торый , проходя по двум параллельным прямоли­
нейным проводникам бесконечной длины и нич­
тож)lо малого кругового сечения , расположенным
н а расстоянии 1 м один от другого в вакууме,
вызывает между этими проводниками на каждый
метр их длины силу взаим одействия , равную
2 . 10-7 единиц силы, принятых в СИ (см. ст. «Все­
му миру единую меру») .
Если измерять все эти величины в едини­
цах Международной системы, т. е. токи вам­
перах , расстояние и длину в метр ах и силу
в ньютонах , то коэффици ент k будет ра­
вен 2 . 10-7•
Чтобы упростить остальные формулы элект­
ромагнитных измерений , в числител ь и знаме­
натель этой формул ы вводится коэффициент
4'1t (формула, так сказать , рационализируется):
F=4'1t·10-7
• 2 ·11·1
·
l.
47tr
207

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Коэффициент 41t . 10
-
7
обозначают как fl-o·
Закон Ампера при этом запишется так :
F-
.
2.11.1
.z
-
fl-o 41tr
'
где fl-o=41t·10
-
7 8��: • Это так называемая
магнитная постоянная вакуума.
Если токи поместить в магнетик , т. е. в сре­
ду , 1юторая влияет на силу взаимодействия ,
сила эта изменится ; ее изменение учитыв ается
относительной магнитной проница�мостью сре­
ды . Эта величина ((-1-) показывает , во сколько
раз по сравнению с вакуумом ув еличится или
уменьшится сила:
2./, ./
F=f1-•fl-o·-- ·l.
4ттr
Рассматрив ая взаимодействие прямых , па­
раллельных проводников с током , из которых
один создает магнитное поле, а другой испыты­
вает на себе силовое дейутвие поля , находим,
что индукция магнитiюго поля , создаваемая
прямым током / 1 , равна :
вF
211
=ТТ=P.fl-o41tr •
'Учитывая это , легко объяснить , почем у сило­
вые линии магнитного поля , которое вызван о
прямым током , расп оложены по концентриче­
ским окружностям вокруг проводника с током ,
как вокруг оси . Чтобы упростить вычисление
индукции В, которая создается токами раз­
личной формы , вводят новую характеристику
магнитного поля - напряженность Н:
B=[:L·l'o·Н.
Напряженность магнитного поля Н спе­
ци ального назв ания не имеет , в Международ­
ной системе измеряется единицей а/м.
В явлении электромагнитной индукции , от­
крытом Фарадеем , особое значение имеет поня­
тиепотока индукции. Потокопреде­
л яется как произведени е площади S, располо­
женной перпендикулярно к направл ению поля ,
на величину вектора индукции В, т. е. :
Ф=BS.
В Международной системе поток индукции
изме ряется единицей в е б е р.
По правилу Ленца легко можно найти на­
правление индуктированного тока. Ток имеет
такое направление, при котором его магнитное
п оле направлено противоположно изменению
создавшего его магнитного потока.
208
Опираясь на закон сохранения энергии ,
немецкий ученый Герман Гельмгольц выразил
закон Фарадея математически:
Еинд= - дФ.
дt
Этот закон определяет величину ЭДС (электро­
движущей силы) , которая возбуждает электриче­
ский ток , наводимый изменяющимся потоком
индукции ЛФ за малый промежуток времени Лt.
Зна1< «минус)> указыв ает направление тока,
определяемое правилом Ленца . Электродвижущая
сила измеряетсявсистемеСИ в вольтах.
Генератор переменного тока
После открытия и исследован ия электромагнит­
ной индукции стала очевидной возможность соз­
дать генератор , который сможет преобразо­
вывать механическую энергию в энергию элек­
трическую . Для пол учения тока в замкнутом витке
проволоки нужно изменять пронизывающий его
поток индукции . Сделать это можно дв ояким
путем : либо перемещать магнит относительно
витка п роволоки, либо перемещать виток прово­
локи относительно магнита .
Первыйгенератор электриче-
е к о го ток а, построенный в 1832 г., был
весьма несовершенен . Посмотрите на его изобра­
жение (рис . 20): вы видите, что ЭДС в обмотках
его катуш ек возбуждалась вращением подковооб­
разного магнита . Ток , создав аемый такой маши­
ной , был не похож на ток от гальванического
элемента - он как бы метался из стороны в
сторону, то и дело меняя свое направление.
Этоттокназвалипеременным,вотличие
от посто я н н о го тока, производимого
гальв аническим эл ементом .
По-иному был сконструирован другой ге­
нератор : рамка провод-
ника вращал ась между
неподвижными полюса­
ми магнита .Ее концы со­
единялись с дв умя коль­
цами на оси вращения
рамки , а к кольцам при
ПОМОЩИ СКОЛЬЗЯЩИХ КОН·
тактов
подключалась
электрическ ая цепь . На
контактах колец возни­
кал то «ПЛЮС)) ' то «МИНУС)) '
что и означало генериро­
вание переменной ЭДС.
То , что ток получал­
ся переменным, сочли
Рис. 20.

недостатком и принялись искать способ его
выпрямить . Для этого прибегли к так назыв ае­
мому коммутатору . Во второй машине, напри­
мер, оба конца рамки подсоединили к кольцу,
которое разрезали пополам, и изолиров али
каждую половину слое м не проводящего ток
в еществ а . Один скользящий контакт касался
только того конца вращающейся рамки, на
1\Отором был «плюс)> , а второй контакт замы­
кался на «минусе)> . Но хотя ток в цепи и стал
постоянным по направлению , е го величина м е­
нялась с каждым полуоборотом рамки . Чтобы
избежать р е зких изменений в еличины тока,
ув еличили количество рамок . Их концы под­
со единили к диаметр ально противоположным
участкам разре занного кольца-коллек тора. Ток
от такой машины тем более похож на постоян­
ный , чем больше рамок на вращающемся ба­
рабане - р о т о р е (неподвижные магниты в
такой машине называют стато р о м) .
Униполярная машина. Рассмотрим движе­
ние проводника длиною L в пл оскости , перпен­
дикулярной направлению поля , когда один
конец проводника неподвижен , а другой опи­
сывает окружность . Электродвижу щая сила на
концах проводника опред еляется формулой за­
кона электромагнитной индукции :
Еинд=_ Дф
дt
'
Изменение потока индукции (рис . 21) вы­
разится произведением площади малого с екто-
(\)
\
Рис. 21.
/
·----+- ---··
ра ЛS , которую опишет проводник при враще­
нии с угловой скоростью ш за время д t, на
индукцию магнитного поля В , в котором дв и­
жется проводник :
1
дФ=ВдS=В·Т ·L2·шдt.
В еличина ЭДС выразится так:
ЕИНД= -+·B ·L2·(1).
Машина , работающая по этой схеме (рис. 22) ,
может быть построена , если проводник за­
менить проводящим диском, который вращает�
о14.п..э.т.з
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
ся относительно оси , располо­
ж енной пар алшшьно магнитно­
му полю . Электричес1>ую цепь
сл едует подключить одним кон­
цом к оси диска, а другим - к
е го краю с помощью СКОЛЬЗЯ·
щего контакта . Машина эта
называется униполярной,
так как она гене рирует ток
одного направления .
ЭДС униполярной машины
тем больше, чем больше индук­
ция магнитного поля, радиус
диск а и угловая скорость вра­
щения . Усилить индукцию маг­
нитного поля постоянных маг­
нитов н ельзя , но их можно
заменить катушкой проволоки
11 пропускать по н ей постоян-
ный ток ; поток индукции , соз-
Р11с. 22.
даваемый катушкой, пропорционален силе про­
т е кающего в не й тока . Униполярная машина
очень проста , но она в состоянии создать очень
большую ЭДС и, значит , постоянный ток боль­
шой силы.
".JIERTPИ ЧECROE ПО"11 Е
Если размеры наэле1>тризованных тел по срав­
нению с расстоянием м ежду ними малы, то ве,1 и­
ч пна силы , с 1>оторой они взаимодействуют , опреде­
ляется законом Кулона . Трудность , как и в ре­
ш ении пробле мы взаимодейств ия намагниченных
тел, была связана с пониманием, как действуют
заряды . И в этом случае одержала верх «теория
блцзкоде йствия» : каждый из электрич еских
зарядов возбуждает вокруг себя э л е ктр и­
ческое поле,котороеоказываетдействп�
на другой заряд.
Силовая характе ристик а электрического по·
ля
напряженность. Она опреде­
ляется силой , действующей на единичный поло­
жительный заряд в каждой точке поля:
F
Е =-.
q
В Международной системе единиц (т. е . в систе­
ме СИ) сил а F измеряется еди ницей н (ньютон) ,
а заряд q - еди ницеii k (кулон). У единиц на­
пряженности электрического поля нет специ аль­
н ого названия , она измеряется единицей н/k.
Напряженность поля удо бнее измерять едини­
цей в/м, которая выводится из уравнений Н · М = дж
и дж=k ·в.

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Электр ическое поле удобно изображать гра­
фичесюr с помощью силовых линий; касатель­
н ь: е , нанесенные в Баждой точке этих силовых
линий , определят· направлени е в ектора напря­
женности по.11я .
Теперь обратимся к э;1 ектрическим явле­
ниям. Для них основной закон � закон l\уло­
на . Он определяет взаимодействие точечных
зарядов в вакуум е :
F=k·q,q,
r2
где k - коэффициент , зависящий от выбора
единиц для измерения зарядов q 1 и q, расстоя­
ния между ни.ми r и силы F, приложенной к каж­
дому заряду .
При изме р ении этих величин в единицах
М еждународной системы , т. е . зарядов в куло­
н ах (а · сек) , расстояния в метрах и силы в нью­
тонах , коэффициент k будет равен 9 · 109, , а
формул а приобре тет сл едующий вид :
F=9·109q:
2
q•
Введем в нее 1юэффициент 4r- так же, как Это
было сделано в формул е закона Ампера:
F=
q,q
•
4it (-1- . 10-s) rз
367t
1
.
Заменив 36 r. . 10 - 9 обозначением е0, получим
закон l\улона в рационализированной форме :
F-__!
!Д_
-
4n t0r2 '
1
10-9 а·сек . Эта в еличина называ-
где ео
=
36т; •
е.м
етсяэлектрической постоянной
вакуума.
Если же поме стить заряды в диэлектрик,
т. е. в среду , к оторая влияет на си.11у взаимо­
действия , в еличина силы изменится и придется
учитывать относител ьную диэлектрическую
проницаемость среды е:
F=
q,q
4r.&t0r2
Рассматривая взаимодействие зарядов с точ­
ю1 зрения т е ории близкодействия (q1 образует
поле , а q испытывает его действие) , находим
напряженность электрпчес1юго поля дл я точеч­
ного заряда :
Е=.!_ =
q,
q
4r.t t0r2
и находим сил у, действующую на заряд в любой
точке поля:
Р =Eq.
210
Чтобы упростить вычисление силовой ха­
рактеристики поля (Е) , Ма ксвелл ввел новую
характеристику - D:
электрическое
смещение:
D = ег0Е.
В Междун ародной системе для D нет спе­
циального названия . Электрическое смещен ие
измеряется единицей
а·сек
кулон
--
--МГ
,т.е.-:.i
i"2
.
Таким образом , э л е ктрич еское смещени е
можно рассматривать как характе ристику об­
разования электрического поля в среде, когда
заряды , связанные в атомах и молекулах ве­
щества, смещаются . Мера этого процесса -
заряд, сместившийся через единицу поверхно­
сти .
Так:Им образом, в основные законы были
введены дв е постоянные, характеризующие ва­
куум,- электрическая е0 и магнитная р.0 • При
этом само понятие вакуума обогати.Лось новым
содержанием , которое расширяет наше пред:.
.
ставление об отвлеченном безвоздушном прост­
ранстве.
ЗАКОНЫ �dЕКТРОМАГНИТНОГО
ПОdЯ
Новое содержание аакова
ае1
1
ектронаг витвой индукции
Джемс l\лерк Максвелл родился в том же
году, когда Фарадей открыл электромагнитную
индукцию . Через 30 лет Максвелл обогатил
открытие Фарадея более глубоким физическим
соде ржанием , а затем разработал те орию взаи­
мосвязи электрических и магнитных явлений -
теорию э лектромагнитного . поля .
Изучая электромагнитную индукцию , Мак­
свелл обратил внимание на то , что Фарадей не
заметил . Его заинтересов ала причина , порож­
дающая ток в проводник е, когда магнитное.
поле изменяется . Он хотел понять , как и по­
ч ему это происходит .
Ток - э то п е рем ещение свободных зарядов
в проводнике . Они приходят в движение , лишь
когда существ ует эл ектрическое поле. А един­
ственная возможность появл ения электрического
поля связана в свою очер едь с измен ением маг­
нитного поля , в котором находится проводник .
Учитывая зто , можно представить с е бе явление
электромагнитной индукции так : при измен ении
магнитного поля вокруг н его возникает вихре-

Джемс клерк
максвелл.
вое электрическое поле с замкнутыми силовы­
ми линиями . Обнаружить это электрическое
поле проще всего с помощью витка проволо­
ки, в котором возникает ток свободных заря­
дов .
Таким образом , ЭДС индукции определяется
в законе Фарадея величиной работы сил элек­
трического вихревого поля, которое возбуж­
дается вокруг изменяющегося магнитного поля .
Скорость , с которой изменяется поток пндук-
дФ
ции магнитного по."Iя, т. е. вел ичина Лt, изме-
ряется в вольтах . Физическ ую сущность открыто­
го Фар адеем явления Максвелл выразил кратко
одним уравнен ием, которое носит его имя:
->->
dФ
ФEdl= - -.
t
dl
Эта формула записана симв олами высш ей
математики . Она означает , что силовые линии
электрического поля вокруг изменяющегося
потока индукции магнитного поля замкнуты,
т. е . это вихревое поле.
Обратите внимание: линии электростатиче­
ского поля начинаются на положительных заря­
дах и оканчиваются на отрицательных .
Обнаружив способность изменяющегося маг­
нитного потока создав ать вихревое поле, Макс­
велл начал искать связь между электрическими
и магнитными явлениями . У него появилась
идея , что· вихревое магнитное поле возникает
в округ изменяющегося потока электрического
п оля . Этот поток определ яется произведением
14•
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ П ОЛЕ
площади S, расположенной в данном месте , на
величину вектора D (рис . 23) , т. е.
N=DS.
Единица , которой измеряется поток ве ктора
электрического смещения, - кулон. Поток N из­
менится , проходя через пл9щадь S, лишь в том
случае, если изменится вектор электричес1юго
смещения, т. е .
ЛN = ЛD·S.
Скорость изменения потока N определяется в е­
u
AN
личинои Тt и измеряется амперам и .
Ивменяющийся поток электрическ ого поля ,
по предположению Максвелл а, создает вокруг
себя магнитное поле, ничем не отличающе еся
от поля электрического тока. Его сила зависит
от скорости , с которой изменяется поток эл ект­
рического поля . Величин у этой скорости Мак­
свеллназвал.токомсмещения:
AN
lсм=Тt•
Гипотеза Максвелла о том , что вокруг токов
смещения существ ует магнитное поле, ук азы­
вала на связь между двумя полями. Он а была
подтверждена остроумным опытом московского
профессора А. А . Эйхенвальда и стала теорией.
Понятие «ток смещения» стало равноправ­
ным с понятием «ток проводимости» . Оно позво­
лило Максвеллу написать второе уравнение ,
которое связывало изменение потока электри-
.D
f
Рис. 23.
--
No=D S
ческого поля с возник ающим вокруг него маг­
нитным полем:
_,_.
п
dN
фHdl=�Ik+-d-.
l
k=1
t
Из уравнений Максвелла следует , что связь
электрического и магнитного пол ей обнаружи-
211

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕ РГИЯ
вается при их изменениях: изменяющееся маг­
нитное поле порождает вокруг себя вихревое
электрическое, а изменяющееся электриче­
с кое - вихревое маГнитное поле. Совокупность
двух переменных полей называется элеRтромаr­
нитным полем .
Математические исследов ания этой взаимо­
связи Максвелл опублиRовал в .книге «Трактат
об э лектричеств е и магнетизме)) , которая в ьп
п
ла
в 1873 г.
З�"Iектро иа rн птная природа света
Открытие взаимосвязи полей позволило по­
иному увидеть многие из явлений природы .
Но прежде чем расе.казать об этом , напомним
весьма .крат.ко о волновых процессах в физиче­
ских телах.
Всем известно , как создаются звуковые вол­
ны в воздухе . Вы хлопаете в ладоши, воздух
упл отняется , и блаrодзря его объемной упру­
гости уплотнение распространяется во все сто­
роны . Скорость распространения зависит от
свойств и состояния среды - от давления ,
плотности , теплоемкости . При распростране­
нии звуковой волны частицы воздуха приходят
в движение - колеблются около положения
равновесия по направлению распространения
волны. Звуковые волны в воздухе называют
продольными .
То же можно сказать и о распространении
волн в жидкости : скорость распространения
определяется физическими свойств ами и состоя­
нием среды, и прежде всего ее упругостью и
плотностью .
В тв ердых же телах благодаря их упругости
при растяжении , сжатии , сдвиге и кручении
можно создавать и продольные и поперечные
волны; скорость распространения волн опре­
деляется величиной упругости и плотностью
твердого тела.
Таким образом , физическ ое содержание вол­
нового процесса заключено в распространении
местного возмущения среды (газо­
образной , жидкой или твердой) во все стороны
благодаря тому или иному виду упругости .
Теперь вернемся к электромагнитному полю
и к уравнениям Максвелла. Математические
преобразования этих уравнений приводят к вы­
воду, что даже в вакууме, т. е. в пространстве,
где нет веществ а в привычных для нас формах,
распространяется электромагнитное возмуще­
ние . Изменяющийся поток индукции возбужда­
е т вихревое электрическое поле; оно , изменяясь ,
212
в свою очередь возбуждает вихревое магнитное
поле. Процесс захватывает одну точку прост­
ранств а за другой и распространяется во все
стороны от места своего возникнов ения . Рас­
пространяющееся электромагнитное поле назы­
вается электромаг нитной волной.
Из уравнений , описывающих этот процесс ,
следует , что электромагнитное поле распростра­
няется в вакууме не с бесконечной скоростью ,
так как она выражена через электрическую
постоянную вакуума е0 и магнитную посто­
янную вакуума р. 0 :
Подставив значения постоянных
1 10_9а·сек
4 10_7в·сек
ео
=
36"
.
.
8.МиР.о=
т:.
а-:-;
;
'
получим с величину скорости распростране­
ния электромагнитных волн в вакууме :
с=3 · 108 м/сек .
Если распространение происходит в ка.кой­
либо среде , то скорость зависит от относитель­
ной диэлектрической и магнитной проницае­
мости среды е и р.:
1
с
V=--
--
'-'-"r=•
у<t о/Ч'о
fEfL
Сейчас мы спокойно относимся к тому, что
электромагнитное поле распространяется со сJю­
ростью в 300 ООО ООО м/сек, но в свое время
эта величина произвела ош еломляющее впеча­
тление на весь ученый мир . Она была не­
сравнима ни со скоростью распр остранения
упругих волн в воздухе, т. е . зв у1\ а (330 м!сек) ,
ни со скоростью их распространения в воде
(1500 м/сек} , ни со скоростью их распростране­
ния в твердом теле (5000 м/сек) . Все эти волны
наблюдали не раз , не раз вычисляли их ско­
рости , но волны Максвелла ню<то не наблю­
дал - они появились из уравнений , среди кото­
рых только уравнение электромагнитной ин­
дукции считалось достоверным , а второе урав­
нение вытекало лишь из гипотезы .
С другой стороны, в ту пору была известна
одна скорость , .которая совпадал а со скоростью
волн Максвелла . Это - скорость света . Фран­
цузские физики И. Физо (в 1849 г.) и Ж. Фуко
(в 1850 г.) измерили скорость света в земных
условиях и полу�или результат , весьма близ­
кий к 300 000 000 м/сек . Что же касается природы
света, то общепризнанным было представление

о нем как об упругих волн ах, распростра­
няющи хся в особой среде (эфире) , которая за­
полняет весь мир и проникает во все тела.
Очевидное совпадение величин дало Мак­
св еллу повод предположить , что свет обладает
электромагнитной природой. Другим поводом
для этого послужило открытое в 1846 г. Фара­
деем явление: плоскость поляризации света
вращается в магнитном поле.
Современники не приняли предположение
Максвелл а. Они требов али экспериментов , ко­
торые подтв ердили бы тождественность электро­
магнитных и световых волн . В то время опыт
уже считался единств енным критерием истины .
В 1880 г . А . Майкельсон прист упил к гран­
д1юзным экспериментам в измерении скорости
св ета. Метод измерения он соверш енств овал поч­
ти полвека и в 1927 г. получил наиболее точный,
бессп орный результат (299 796 ±4 км /сек) . Про­
фессо р Московского ун иверситета Н. А. Умов
примерно в то же время пришел к выводу , что
от источника упругая волна несет с собой
в пространств о энергию . Теоретические выводы
Умов а позволили голландскому ученому Пой­
тингу вычислить поток плотности энергии в
элеRтромагнитной волне . Тогда же казанский
пр офессор Д.А . Гольдгаммер вычислил давление ,
кото рое должна была бы производить электро­
магнитная волна при падении на преграду.
Однако никто не проводил опыты с электро­
магнитными волнами , так как не известно было ,
как эти волны получать . Сталкиваясь на каж­
дом ш агу с этими волнами (при электрическом
разряде , при включении цепей тока и т. д .),
физики не св язывали эти явления с работами
Максвелл а.
Но вот в 1889 г. немецкий физик Генрих
Герц завершил блестящую серию опытов с не­
известным до того излучением , которое испу­
скалось разря дник ом, соединенным с катушкой
Румкорфа . Излучение хорошо принималось
анал огичной системой.
Волновой характер излучения был прове­
рен на таких известных свойств ах упругих
волн , как отражение, преломление, интерфе­
ренция и дифракция . Эти опыты были · прове­
дены русским физиком П. Н. Лебедев ым. Он
же измерил величину давления света . Этот
эксперимент завершил всю серию иссл едов а­
ний, доказавших электромагнитную природу света.
Результаты опытов совпали с теорией Мак­
свелла . Это доказывает , что излучение , откры­
тое Г ерцом , не что ин ое, как электромагнитные
волны, а свет - электромагнитные вол н ы , воспри­
нимаемые о
.
рганами зрения.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Поdная систеиа уравнений Максвеddа
В первоначальной теории Максв елл а уравне­
ния , устанавлив ающие связь между магнитн ым
и электрическим полями , были довольно гро­
моздкими . За математическими симв олами не
сразу можно разглядеть физическую сущность
явления , которое они описывают . И тем не ме­
нее Герц писал : «Нельзя изучать эту уди ви­
тельную теорию , не испытыв ая по врем енам
такое чувство , будто в математических фор­
мулах есть самостоятельная жизнь , собствен­
ный разум - как будто они умнее пас , умн ее
даже своего автора , будто они дают нам боль­
ше, чем в свое время было в них вложено» .
Герц придал уравнениям Максвелла чет­
кую , математически и физически ясную форму ,
и их по справ едливости называют уравнен и ями
Максвелла - Герца . Они взаимосвязаны и вы­
глядят в единицах Международной системы
измерений так :
--
-+
-+
dФ
1.fEdl=-dt .
Это уравнени е говорит о том, что вокруг
изменяющегося потока индукции магнитного
поля возникает вихревое электричееное по.1е .
--
-+
--
-+
n
dN
11.фHdl= �lk+-d-·
l
k=1
t
Это уравнение утв ерждает: магнитное поле
вокруг тока, текущего по проводник у, ничем
не отличается от того , которое возникает вокруг
изменяющегося потока электрического смеще­
ния .
-)---+
n
111. if
>
DdS=�qk.
s
k=1
Это уравн ение показыв ает , что сил овые ли­
нии электростатического поля начинаются и
оканчиваются на зарядах электричеств а ш1бо
уходят в бесконечность .
IV. фEdS=о.
s
Это уравнение утв ерждает , что силовые ли­
нии магнитного поля замкнуты .
v. Т =ан.
Это уравнение говорит , что плотность эл ект­
рического тока в проводнике всегда пропорцио­
нальна напряженности электрического поля .
VI.D=ee0R
Vll. В-+ tJ.fJ-off:
218

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Два последних уравнения показывают сnязь
меащу сил овыми характеристик ами электриче­
ского и магнитного полей с векторами электри­
че ского смещения и напряженности магнитного
поля , с постоянными вакуума е0 и f-1-0 , с относи­
тельной проницае мостью е и 1-1- ди электрической
среды и магнитной среды .
Эти замечательные уравнения могут быть
записаны и в дифферен циальной форме , которая
дает врзможность выразить связь между эл ект­
рич е скими и магнитными в еличинами в любой
111омент времени в какой-либо точке эл ектро­
магнитного поля . Уравнен ия Максв елла -Гер­
ца позволяют р ешать самые разнообразные за­
дачи в области эл ектрических и магнитных яв­
л ений . В этом смысле они подобны занонам
Ньютона.
Учение о м е ханических я влен иях , постр.оен­
_ное на законах Ньютона, называется клас­
сич еской механикой. Учение же об электри­
ч ес1ш х и магнитных явлениях, построенное на
уравнениях эщщтромагнитного поля , назы­
ваетсяклассической электроди­
наминой.
3.JIERTPOHИRA
Э.�:tек троввая природа тока в иeтa.i:t.i:te
Об элементарной частиц е - электроне -
подробно рассказывается в статье <�Э лементар­
ные частицы» . Здесь же мы подчеркнем лишь
то , что исследов ание свойств электрона псзво­
лило многое узнать о природе электромагне­
тизма . Именно его движение в проводнике и
создает электрический ток .
Рио. 21 .
Первым эту мысль в ысказал голландский
физик Гендри.к Лоренц. Э 11 ектронную природу
тока в металлах доказывает,
н апример ,
опыт , предложенный советскими академиками
Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси .
21.4
Е сли металлич еское кольцо быстро и равно­
мерно вращать , то вместе с ним начнут вра­
щаться и свободные электроны атомов металла
(рис . 24). Что же произойдет , если резко оста­
новить кольцо ? Свободные электроны по инер­
ции будут продолжать движение , и в кольце
пройдет ток . Оя создаст магнитное поле, и его
можно легко обнаружить магнитной стрелкой.
Опыт l\1 11.i:teJinкeнa
Электрическое поле действует на электри­
ческий заряд при любых обстоятельствах , дв и­
ж ется он или покоится . Если рн поноится , поле
прив едет его в движение , передав ему энергию.
Электрон обладает наим еньшей долей элект­
рического заряда . Какие бы т ела мы ни заряди­
ли и какой бы заряд им ни сообщили, заряд
эл ектрона будет общим наименьшим кратным
все х эл ектрических зарядов . Это эксперимен­
тально установили Фарадей -в явлении электро­
лиза и Р. Милликен - в специальном опыте,
подтв ердившем атомистичн ость эл е ктрического
заряда .
Опыт Милликена поразительно прост , · а е го
результаты неопров ержимы . Е сли электрическ и
заряженная капля (например , масла) окажется
в электрическом поле плоского конденсатора
с горизонтальными пластинами , то . ее движение
будет обусловлено силой Ньютона, силой Ар­
химеда , силой Стокса (сила вязкого трения ,
возник ающая при движении капли масла в воз­
духе) и силой Кулона . Первые три силы для
любой капли неизменны , а четв ертую - силу
Кулона - можно регулировать , изменяя на­
пряженность эл ектрического поля между п ла­
стинами . Этим и воспользовался Милликен .
Силы Архимеда , Стокса и Кулона направ­
лены противоположно силе Ньютона . Е сли сум­
ма трех первых сил будет равна четв ертой, кап­
ля останавливается , конденсатор отключается
от батареи , электрическое поле, а с ним и сил а
Кулона выбыв ают из игры. Тем самым нару­
шается равновесие. Капля начинает двигаться
с возрастаю щей скоростью . Но по мере воз­
растания скорости , в той же пропорции , увели­
чивается и сила Стокса. Через некоторое вре­
мя , когда сумма сил Архимеда и Стокса срав­
няется с силой Нью тона, капля начнет двигать­
ся рав номерно . Зафиксировав время и прой­
денное каплей расстояние , можно определить
ее скорость . На основе этой величины находят
радиус капли , что в свою очередь позволяет
измерить ее заряд.

Тысячи капель , десятки тысяч чис.тювых
значений эл ектрических зарядов , которыми
были заряжены капли , заносились изо дня в
день в таблицу наблюдений. И если справедл и­
во , что существ ует н аименьшее значение элект­
риче с1,о го заряда , то должно быть и н аим ень­
шее кратное всех зарядов капель. Это число
было найдено :
е= 1,6.10-19 кулона.
С1i.щ е11 оренца
Поместим проводник с током в м агнитное
поле. Он придет в движение. Силу, которая
на него действует, определил Ампер:
FА=в./·l · sina.
Если ж е угол а между направлением поля и
ток а в проводнике прямой, то выражение полу­
чает такой вид:
Fл=B·l·l.
Но что же надо считать п ервопричиной дви­
ж ения проводника с током в магнитном поле ?
Из чего скл адыв ается сил а Ампера? Поле пере­
мещает проводник , если в нем течет ток , а ток -
движение электронов . Очевидно , сумма сил ,
действ ующих на каждый из движущих ся заря­
дов , и есть сил а Ампер а. Лоренц определил
си лу, действ ующую на каждый электрон . Для
это г о он разделил силу Ампер а на число элект­
ронов в проводнике:
Fл
=
Fл
=
B·l·l .
п
п
В этой формуле В - индукция поля, / - сила
тока, l - длина проводника и п - число
эл ектронов . Сила тока определя ется в объеме
проводника зарядом q, проходя щим через сече-
ние проводника в единн цу времени : / = f .
Заряд q определяется произведением числа
электронов п на заряд одного электрона е:
q=n·e.
Если в формулу Ампера подставить значение /, то
в·n
l
F А=B-t
-l = B·e·n,
--;- = B·e·n·v ,
где v - скорость движения электрона в про­
водник е.
Теперь формулу Лоренца можно записать
так :
F
B·e· n·v
В
л=
п
=
·e·v.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Сила Лорен ца перпендикулярна как в ек­
тору скорости эл ектрона v, так и вектору нндук-
-
ции поля В. Из механики известно: ес.тш на дви-
жущееся тело действует сила, п ерпендикуляр­
ная н а правлению его дв юкения , то это центро­
стремительная сила - т ело будет двигаться по
кругу . Учтя это, можно сказать , что заряженная
частица , попа дая в однородно е магнитное поле ,
н аправление которого п е рпендикулярно ее движе ­
нию, будет двигаться под дейетви ем еи.11ы Лоренца
по окружности .
Магнитное поле действует то.11 ы'о на дви­
жущиеся заряды. Направление силы, действую­
щей на заряд, всегд а перпендикулярно его
движению , а это значит, что она изменяет лишь
направление движения, но не его скорость .
Кинетиче ская эне ргия частицы остается без
изменений.
Так как ц ентростр е мительная сила - это сила
Лоренца, т. е .
m·v2
Fл=-у,
то , с:1едовательно:
m ·v2
B·e·v=-у.
Эта формула позволяет находить отношени�
заряда частицы к е е массе :
е
v
т=
в.н ·
Такое поведен и е дв ижущегося заряда в маг­
нитном поле дает возможность строить гигант­
ские инструменты для μроникновения в сокро­
венны е тайны микромира - ускорители эле­
ментарных частиц . Электрическое поле ускоряет
частицы , а магнитное поле возвращает их для
поilторения ц икла .
Э.J
J
ектрическ нА 111 011ент
в по.J
J
яриаация ,1
1:
иа"'I ектрика
Два разноименных электрических заряда ,
расположенных на небольш ом расстоянии друг
от друга, называются электр и ческ им
д и п о л е м. Диполь характеризуют вектором
электрического момента (Р3) , который равен про­
изв едению одного заряда на расстояние между
-
_..,.
зарядами , т. е. Р3 = q · l . Вектор этот направлен
от отрицательного заряда к положительному
и в электрическом поле ориентируется (повора­
чив ается) по направлению поля . Это явление
называется п оляриза ц и ей. Если поле
216)

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Рис. 25.
однородно , то его действие приводит диполь
во вращение (рис . 25 ,а) . Диполь в неоднородно111
поле не только поворачив ается , но и смещается
(рис . 25 , 6) . Атомы и 111 олекулы многих диэл ект­
риков - дипол и. Попадая в электрическое по­
ле, они поляризую тся . Однако поляризуются
и те диэлектрики , атомы и молекулы которых
недиполи, т. е . не обладаю т электрическим мо­
ментом : сначал а силы поля разделяю т зар11ды
в атомах и молекулах этих веществ и превраща­
ют их в диполи, а затем диполи ориентируются
в направлении поля .
Маrннтныll иоиент
в наиаrннчнванве иаrнетпка
Согл асно модели Резерфорда-Бора в яд­
ре атома есть пол ожительный заряд , а вокруг
ядра дв ижутся отрицательные заряды - элект­
роны . При своем дв ижени и каждый из электро­
нов образует электрический ток , вокруг кото­
рого создается магнитное поле. Круговой ток
рав ноценен маленькому магниту, который ха­
рактеризуетсявекторо111магнитного
м о llf е н таРм. Численно он равен произве­
дению силы тока на площадь , обтекаемую им :
ji:=1-:S.
В ектор магн итного момента направлен п е р­
пендикулярно к плоскости вращения эл ектро­
на . Каждый из эл е ктронов атома движется по
своей орбите , орбиты же л ежат в разных плос­
костях. Если векторы магнитных момен тов
сложить , пол учится р е зультирующий вектор -
орбита.;�ьный
�1 агнитный мо­
мент атома .
Из механики известно , что вращаю щееся
тело обладает моментом количеств а движения .
Если на тело не действует момент внешней си­
лы, то момент количеств а движения сохраня­
ется . Отсюда ясно , что и атом благодаря дв и­
жению электронов вокруг ядра И!lfеет механи­
ческий момент количества .цв ижения . А так как
2:18
при этом образуются круговые токи , то сущест­
вует и магнитный момен т .
Существ ов ание магнитн ого мо11
1
ента дока­
зыв ается опытом , который провел и Эйн­
штейн и де-Гааз . Металлический цилиндр под­
веш ен за ось так , что может вращаться . На
цилиндр намотана проволока , концы которой
соединены с электрическим генератором . Когда
включают ток , цилиндр начинает вращаться .
Это видно по движению св етового пучка, кото­
рый отражается з е ркальцем, укр еп.r1 енным на
оси цилиндр а. Какие ж е силы вращают цилиндр ?
При включен ии тока цилиндр намагничивается ,
т . е . llfагнитные моменты атомов ориентируются
в металле по направ лению магнитного поля ,
которое создается обмоткой . При этом у каж­
дого атома вектор момента количеств а дв иже­
ния меняет направление , а значит, меня ется
и величина механического момента количеств а
движения всех ато!lfов . Согл асно закону сохра­
вэния момента количеств а движения цил индр
не может остав аться в покое.
Опыт подтв ерждает , что в атомах сущест­
вую т 111 агнитные 111 оменты , но р езультаты опы­
тов не совпадают. с теоретическими расчетами .
Теоретически должны получаться м еньшие ве­
личины. После тщател ьных поисков причину
расхождения на шли . Электрон , двигаясь вокруг
ядра, вращается , подобно Земле, и вокруг сво­
ей оси . Это вращение создает е го собст венный
магнитный момент - спин. Таким образом, 111 аг­
нитный 111 0111ент атома скл адыв ается как из ор­
битальных моментов его эл ектронов, так и из
их спинов .
Сумма векторов зависит от их направ л ений .
Не исключено , что у атомов не1<оторых веществ,
например у висмута , эта cyllfмa равняется ну­
лю. Вещество, у атомов которого 111агнитный
момент равен нулю, называется д и а м а г н е­
т и к о м; если же магнитный момент у атомов
отличается от нуля, вещество назыв а ется п а­
рамагнетиком.
Среди парамагнети1<ов выделяются ф е р­
р ома гнети 1< и. В больших группах их
атомов магнитные моменты даже в ненамаг­
ниченном состоянии вещества направ ле ны в
одну сторону (рис . 26 , а) . Намагничив ание
свя зано с ориевта�ией магнитны х моментов
вдоль
поля .
В обычном
пар амагвети«е
(рис . 26 , 6) каждый магнитный момент устанав­
лив ается самостоятельно, а в ферромагнети 1<е
ориентируется ц е лыми областями .
Что же касается диамагнети1<ов (рис . 26 , в) ,
то под действием магнитного поля на движущие­
ся заряды (сила Лоренца) эле1<троны их ве-

----- ---------- --·
б
Рис. 26.
ществ а пр иобретают добавочное движение ; в ре­
зультате этого возникает магнитный момент ,
направ ленный против поля. Поле выт алкивает
ди амагнетик , и он уст анавлив ается , как дока­
зал Фарадей, перпендикулярно полю .
КВАНТЫ ЗЛЕRТРОМАГНllТНОГО
поля
Фото ОJффект
Накануне ХХ в ека теорию элек тромагнит­
ного поля постигла неудача. Г . Герц открыл
новое физическое явление - фотоэффект . Э то
я вл ение подробно исследовал русский физик
А. Г . Столетов.
Фотоэлектрические опыты Столетова уди­
вили и озадачили весь ученый мир. Удивление
было вызвано действием света , т . е. электромаг­
нитных волн на заряженную отрицательным
электричеств ом металлическую пластинку. З а­
кономернос ти, обнаруж енные при э т ом , про­
ти воречили уже и звестным свойст в ам электро­
м агнитных волн . Поэт ому объ яснить фотоэффект
каз ал ось невозможн ым. .
Ес ли освещат ь отрицательно з аряженную
мет аллич ескую пласт инку, она разрядится . Э то
о значает , чт о «свободные» элект роны покинули
мет алл . Если вылетевшие электроны попадут
в элект рическое поле положит ельно з аряженной
пл аст инки , соедине нной с пластинкой ос в ещае­
мой, то в цепи потечет ток. Этот ток назвали
фотоэлектрическим.
Вы зват ь его
можно не всяким освещением. При одном цвете
света (т . е. при одной длине электромагнитной
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
волны), как ни увеличив ат ь его интенс ивност ь,
фотоэлектрического тока совсем нет . Зато при
другом цвете по мере увеличения интенсивности
света возрастает и ток . При этом обнаружи­
вается зависимость фотоэффекта от металла
пластинки . :К аждому металлу соответств ует
опред ел енная част от а колебаний с ветовой в ол­
ны , при которой начинается эффект . Частоту
этуназвалипорогом фотоэффекта
или «красной границей». Если частота электро­
магнитных колебаний света, которым освещают
металл , больше порога, эффект наблюдается;
если меньше, то, как ни увеличиват ь интенсив­
ность света , эффект отсутствует .
Все это против оречило классическим пред­
ст авлениям о физических процессах. Ес ли
электрону нужна энергия, чтобы покинуть ме­
талл, то, казалось бы, чем выше интенсивность
элек тромагнитной волны , т ем больше она при­
несет энергии. А этого-то как раз и не видно
у тех волн, частота которых меньше порога.
Объяснит ь порог ф от оэффе кт а классич еская
электродинамика н е смогла .
Гипотеаа 0.Jiанка
Сюрприз преподнесло решение задачи о
распределении энергии в спект ре и з лучения
абсолютно черн ого тела пр и заданной т емпе­
ратуре. Задачу эту решали полвека, ею за­
нималось целое поколение ученых . Но решит ь
ее так, чтобы результаты измерения энергии
на различных участках спектра сов пали с фор­
мулой, не удавалось:
·
Различные тел а поглощают электромагнит­
ные волны по-разному. Физическое тело, погJю­
тительная способност ь кот орого равна единице ,
т . е. тело, поглощающее все падающие на него
лучи, называют абсолю т но ч ерным.
Примером может с лужит ь зачерненная изнутри
полост ь с небольшим отв ерстием. Сажа и ч ерный
бар хат очень б лизки к абсолютно черному телу.
:Как это ни странно, всем требованиям, предъ­
являемым к абсолютно черному телу, отвечает
Солнце - его поглотител ьная способность равна
единице .
Уче ные долго не могли решит ь задачу о рас­
пределении энергии в спектре излучения абсо­
лютно черного тела . По мнению немецкого фи­
зика Макса Планка, их неудачи были неизбеж­
ны, так как они считали, что электромагнит­
ная эне ргия поглощается и излучается т елом
непрерывно . Планк же предположил , что атомы
тел а поглощают и излучают энергию определен-
21.7

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
ными порциями - к вант а ми. Величина
кв анта поглоще нной и излучае мой энергии про­
порциональна частоте соответствующей волны :
е=h'I,
Коэффициент пр опорциональности (h) на­
зываютпостояннойПланка:
h=6,62.10-з� дж·сек.
Тепер ь можно было ц реш ить задачу. Фор­
мул а П ланка соответствовала р е зультатам опы­
та. Вслед за этим решени ем возникла к в а н­
т о в а я теория; Эйнштейн дополнил теорию
Планка , предположив, что распространен ие света
происходит квантами . Это объяснило закономер­
ности ф отоэффекта , обнаруже нные в опытах Сто­
летова .
Рассматривая с квантовой точки зрения по­
г лощение волны , падаю щей на пов е рхность
заряженного металл а, Эйнштейн выразил закон
сохр анения эне ргии в явлении фотоэффекта так :
тц2 .
hv=
т +A,
mv2
где Т - кинетическая энергия электрона, вы-
летающего из металла , А - работа , затрачи­
ваемая на его вылет . Если электроны не выле­
тают из пластинки , это означает, чт о квант энер­
гии меньше А. Увеличение интенси вности при­
водит лишь к увеличению числа квантов , а не
энергии в каждом кванте . Согл асно квантовой
т еории на пороге фотоэффекта частота световой
волны - это та частота, при которой квант
энергии равен работе , затр ачен:цой вылетаю­
щим эл ектроном :
А
У
о
=
т·
Если же частота волны больше частоты порога,
то кинетическая энергия вылетающего электрона
будет равна разности между квантом энергии и
работой вылета:
1
2 mv2 =hv-A.
Так возникло представление о новых кванто­
вых свойствах электромагнитного поля и, естест­
ве нно, его видимого спектра - света .
Следующи м успехом квантовой теории было
т о , чт о она объяснил а спектры излучения ато­
мов . Возьмем , например , спектр водорода. В нем
видны линии , отстоящие друг от друга и объ- ·
единенные в группы - серии . Каждая линия
указывает на эл ектромагнитную волну опреде­
ленной частоты . Значит , атом при излучении
в олны отдает строго опр еделенную энергию .
В этом , собственно, и состоит квантовый х ар ак-
2:18
т е р излучения . Он в ы ражается правилом частот
Бора:
hv=Е
1-
Е2,
где Е 1 �энергия атома д о излучения кванта
эне ргии , Е2 - эне ргия атома после излучения,
а v - частота волны .
Квантовая теория о богатил ась, таким обра­
зом , новЬiм ф Jiзическим содер жанием . Она от­
крыла т е возможные значения энергии , которы­
ми обл адает атом . Не любые значения энергии
может иметь атом , а т олько, как принято гово­
рить, квантовые, таккакэнергияатома
изменяется скачком .
Эта особенност ь побуди ла искать другие
квантовые свойства атомов . Физики обратились к
магнитному моменту атома . Опыт был прост .
Узкий пучок атомов пропустили че р ез магнитное
поле . Пройдя поле , пучок разделился надвое .
Магнит ны е м оме нты , след овательно , ориентиро­
ваны двумя способ ами и имеют определенную
величину , т . е. тоже оказываются кв антован­
ными .
Таким о бразом, квантовый хар актер элект­
ромагнитного Поля отражает квантовые свой­
ства излучающих его источников - атомов и
молекул . Видимы й свет стало возможным объяс­
нит ь при помощи фотона - частицы, энергия
которой равна кванту:
e=hv.
Так открылась двойственная природа све­
та - волновая и кор пускулярная . Кажд о е
свойство объясняет опреде ленный круг явле­
ний. Они не исключают друг друга, а допоJI­
няют.
Квантовая а.Jiектр о ника
В 1917 г . Эйнштейн обнаружил одно инте­
ресное явление, но , как ни странно, н е придал
ему особого значения . Когда пучок света пр о­
ходит через слой вещества , он частично погло­
щается этим слоем . Луч света - эт о поток фото­
нов, энергия кажд ого из них равна кванту hv .
Проходя через вещество, фотон встречается с его
атомами и может быть ими поглощен . Число
фотонов луча уменьшится , и вышедши й из алоя
пучок будет менее интенс ивным . Но что пр оизой­
дет с атомом , поглотившим фотон? Энергия е го
выр астет ; он перейдет , как говорят физики , на
более высокий энер гетический уровень. Но в та­
ком возбужденном состоянии он будет нахо­
диться нед олго , примерно 10- 7 сек . Вер­
нувшись в нормальное состояние , он отдаст
получе нную энергию - испустит фотон в лю-

бом направлении . На пути фотона встретится
друг ой атом , с которым пр оизойдет т о ж е. Так
погл ощается свет веществом , атомы которого
находятся в нормальном состоянии.
Иная картина наблюдается , когда атомы
вещест ва возбуждены (именно это и отметил
Эйнштейн) . Ф отон светового пучка, встречаясь
с возбужденным атомом , не поглощается им .
Более того , взаимодействуя с ним , он застав­
ляет атом излучить фотон. Новый фотон неот­
личим от фотонов пучка ни энергие й, ни направ­
лением: . он входит в общий поток , увеличивая
в пучке число ф от онов . Интенсивность свето­
вого луча , выходящег о и з в е щества , становится
больш е интенсивности дуча входящего . Атом же
пер е ходит в нормальное состояние . Из.'lуч ение
возбужденного атома под влиянием ф отонов
Эйнштейн назвал пндуцпрованным.
Фотоны светового пуч ка, пропуск ая свет
ч ер е з активное в е ще ство , будут взаимодейство­
вать с возбужде нными а томами и увеличивать
к оличество себе подобных как по э н ерги и кван­
т а, так и по направлению распространения. По
такому принципу действует квантовый усили­
т ель. Возбуждение индуцированного излучения
начинается в активном вещес тве квантового гене­
ратор а «сл учайными фотонами» , которые излу­
чаются возбужд енными атомами активного ве­
щества при самостоятельном переходе в нор·­
м ал ьное состояние . «Случайные фотоны» , про­
ходя через вещество , взаимодействуют с воз-
РАДИО
бужденными атомами и порождают себе подоб­
ные фотоны. К олич ество фотонов индуцирован­
ного излуч ения начинает быстро увеличив аться .
Получать выходящпй из в е щества луч с бо­
л ее высокой инте нсивностью можно , только воз­
буждая атомы вещества . Хотя поддерживать бол ь­
шое количество атомов в возбужденном состоянии
нелеп<о, тем не менее такой эксперимент был осу­
ществ.'lен сове тскими учеными . В 1951 г. Коми­
т ет по де лам изобрет е ний зарегистрировал пол ­
ностью разработанное открытие - усиление
эле ктром а г нитных вол н атомами среды , нахо­
дящимися в возбужде нном состоянии . Автор а­
ми открытия бьши · В. А. Фабрикант , М. М. Ву­
дынский и Ф. А. Бутаева. Ч ерез нескош,ко
лет в СССР и в других странах начали конструи­
ровать квантовые генераторы радиоволн - м а ­
зеры и видимогосвета-лазеры (по­
др обнее о них написано в статьях «Свет» п
«Радио») . Эти генерат оры испускают очень
плотный концентрированный пучок монохро­
_ м атических электр омагнитных колебаний высо­
чайшей и нт енсивности . Они обещают произвести
ц елый пер еворот в технике связи , в обработке
метал.11а и , быть может , в передаче энер гии.
На основе квантовой теории возникли кван­
тов.ал электроника и· радиофизика - наиболее
перспективные и заманчивые отрасли экспери­
ментальной физики , которые ведут свое проис­
х ождение от пер вых опытов с электромагнит­
ным полем .
•
РАДИО
ВЕЛИКИЙ llOMOЩHИR ЧЕЛОВЕКА
«Говорит Москва ! » И миллионы людей во
всех концах нашей страны , во всех уголка х
планеты слышат голос человека, говорящего
в Москве .
Москва слышит голоса моряков , ушедших
в далекое плавание , зимовщиков, исследующих
Южный континент и Северный полюс. "
В дале­
кой Якутии молодой врач должен делать слож­
ную операцию ; он ве может ждать и не имеет
права ошибиться , и ему помогает советом опыт­
н ый коллега , находящийся за несколько тысяч
километров . ..
Весь мир слыш ал голос первого космонавта
Юрия Гаrарина : «Полет проходит нормально !»
Все это - радио , великое чудо , созданное
руками и гением человека. Это воплощенн ая
мечта человечеств а, веками стремивш егося го­
ворить , слышать и видеть на расстоянии .
«Там-там-там .. .» - рокотали барабаны
в
джунглях . Это первобытное «радио» Африки
несло важную весть от сел ения к селению .
На деревянных вышках в заокской степи
один за другим вспыхив али костры . Их зажи­
гали дозоры , предупреждающие о приближении
воинств енных кочевников . Костер на последней
в ышке видел дозорный Кремля, и вот уже над
столицей гудел тревожный набат , созывая мо­
сквичей на защиту родного города ...
ПрошJIИ века , и теперь важные для народа
вести передает радио , спасает жи знь тысячам
21.9

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
людей , предупреждая их о непогоде , о штормах
и буранах . При землетрясении у берегов Юж­
ной Америки рождается гигантская волна
цунами, почти со скоростью звук а дви гаю­
щаяся на острова и Ази атский материк . Толь­
ко ради оволны могут обогнать ее и вовреllfя
предупр едить людей об опасности .
Радио со спутнююв и космических станци й
сообщает нa!lf важные данные о космосе : рад ио­
сигналы доносят до нас «голоса>) Вселенной и
расшифровыв ают тайн ы ми роздания .
Изобретени е радио решило сразу дв е про­
блемы - максимал ьную быстроту сообщений
(300 ООО км /сек) н а любое расстояние и их
передачу большому количеств у людей . Ни у
одного вида связи не было и нет такой гро­
мадной аудитории .
Радио - величайший триумф науки и тех­
ншш . И радио - важнейш ее средство научпо­
технического прогресса . Успехи в освоении
космоса , в позн ании Всел енной, в раскрытии
тайн микромира , в автоматизации были бы
невозможны без радио· и радиоэлектроники .
ПЕРВАЯ РА�ИОГРАММА
Основы ради о заложены величайшими отк р ы­
ти ями науки XIX в. Первые и з этих открытий
сдел ал знаменитый англий ский физик Майкл
Фарадей . Он положил начало представлению
об электрическом и магнитном полях. Фарадей
пришел к выводу, что электрическое и магнит­
ное поля возникают в пространстве и распро­
стр аняются на бесконечные расстояния с гро­
мадной скоростью . Соотечественник Фарадея­
Джемс Максвелл развил его учени е и создал
теорию электромагн итного поля . Максвелл
доказал , что любое и зменени е эл ектрического
поля влечет за собой изменение магнитного
поля . Е сли по проводнику течет переменный
электрический ток , вонруг него возникает э.1ек­
тромагнитное поле и распространяется в про­
странств о со с1юростью св ета. Максвелл пер­
вым предположил , что и свет - это электро­
магнитное излучени е.
В 1886- 1 889 гг . немецкий физп к Генрих
Герц открыл способ получать и обнару­
жив ать электромагнитные волны . Он экспери­
ментально док азал , что они расп ространяются
со скоростью света , отражаются от металли­
ческих поверхностей , преломляются призмой
из парафина и т. п.
Герц получал электромагнитные волны при
помощи катушки Румкорфа в искровом про-
220
межутке между двумя шариками . ·
Большое
вогнутое металлическое зеркало , подобно про­
жектору, отражало эти волны пучком ко втo­
pollfy такому же устройств у, служившеllfу при­
емной антенной .
Rогда в первом разряднике проскакивала
искра, во втором появлялись маленькие искор­
ки : электромагнитное излучение вызывало в
приемном резонаторе появл ени е высокочастот­
ного электрического тока. (Подробнее о ра­
ботах Фарадея, Маl\свелла и Герца см. в ст .
« Электромагнитное поле))) .
Герц не оценил значение сдел анного им
открытия . Он заявил , что не видит для него
практического приllfенения . Но всего через
10 лет это , казалось бы , не подающее надежд
дит я, подобно андерсеновскому гадкому утен­
ку, заставило говорить о себе весь мир . А еще
через 20 лет оно само разносило голоса людей
по всей ш1анете. Изобретатель радио А. С . По­
пов доказал , что электромагнитные волны могут
быть применены д.1я передачи сигналов через
пространство.
В опытах Герца , которому удав алось об­
наружив ать элект ромагн итные волны всего в
2-3 мот их источник а, Попов увидел принци­
пиальную возможность принимать их на любом
расстоянии .
В своем первом радиоприемнике Попов ис­
пользовал в качестве обнаружителя электро­
магнитных волн когерер , изобретенный неза-
Полоски nпатнны
Р11с. 1 . Когерер в грозоотметчике А. С. П опова. На рисунке
ДJIЯ наг.чядност11 поJ1оеки платины раздвинуты .
долго до этого (рис. 1). Rогерер-это
стекл янная трубка, наполненная металлически­
ми опилками . При прохождении электромаг­
н итных волн опилки слипаются друг с другом ,
и их сопротивление :шектрическому ток у резко
падает . В приемнике Попов а ток , начинавши й
течь при прохождении электромагнитных волн
через когерер , включал эл ектрический звонок .
Посл е приема еигнала молоточек электриче­
ского звонка встряхив ал когерер , восстанавли­
вая его высокое сопротивление.

В 1896 г. Попов про­
демонстрировал
свой
РАДИО
радиот елеграф (рис . 2) ,
передав без проводов
п ервую в мире радио­
грамму : «Генрих Герц» .
Передатчиком был виб­
ратор Герца , который
приводил ся в дей ствие
телеграфным ключом ; в
приемнике
ког ерер
включал телегр афный
аппар ат , который запи­
сыв ал сигналы азбуки
Морзе на ленту. Даль­
н ейшее усовершенство­
вание радиотел еграфа
позволило Попову осу­
ществить связь меж-
Р11с. 2 . П р11 емн11 к рад11оволн , построенный
А. С. Поповым.
На . -1 ево - внешн11й
вид,
na'upt100 - ус.�:овная элеRтр11чРская схема.
ду кораблями в мо ре. В 1 90 1 г . Попов организо­
вал радиосвязь потерпевшего аварию броненосца
« Генерал-адмирал Апр аксин» с Кронштадтом ,
и одна из первых радиограмм спасла жизнь
рыбакам, унесенным в море на льдине, сообщив
о б едствии с корабля на берег .
Значительную роль в развитии радио сыграл
итальянец Маркони. Он разработал новые кон­
струкции передатчиков и приемников и в 1921 г.
впервые осуществил регулярную рад иосв язь
между Европой 11 Америкой.
З.JIERTPOMAГ HllTHЫ E 80.JIHЫ
Радиоволны , как и св ет , -это электромаг­
нитные колебания , распространяющиеся в про­
странстве со скоростьЮ 300 ООО к.ч/сек. Они
переносят через пространств о энергию , излу­
чаемую генер атором электромагнитных коле­
баний . А рождаются они при изменении эл ек­
трического поля , например , когда через про­
водник проходит переменный электрическ и й
ток или когда через пространств о проскаки­
вают искры, т. е . ряд быстро следующих друг
за другом импульсов тока.
Электромагнитное поле возникает при элек­
трическихколебанияхи в контуре,т.е.
в замкнутой цепи , содержащей конденсатор
и катушку индуRтивности. При Rаждом изме.­
н ении напр авления электричесRого тока в RОН­
туре вокруг него возникает изменяющееся
магнитное поле, а оно , согласно теории Мак­
свелла, обязательно рождает и электрическое
поле. Замкнутые сил овые линии полей как бы
отрыв аются от пл астин конденсатора и отправ­
л яются ПУ.тешествов ать в простр а нство .
Батарея
Электромагнитное излучение характеризует­
ся частотой, д.;�иной волны и мощностью перено­
симой им энергии . Ч а с т о т а электромагнит­
ных волн показывает , сколько раз в секунду
изменяется в излучателе напр авление электри­
чес1•ого тока, а следовательно , сколько раз в се­
кунду изменяется в каждой точке пространства
величина электрическог о и магнитного полей.
Измеряется частота в герцах . Один герц (гц) ­
это одно колебание в секунду ; мегагерц (Мгц) ­
миллион раз в секунду . Зная , что скорость
движения электромагнитных волн равна ско­
рости света , можно определить расстояние
между точками простр анства, где электриче­
ское (или магнитное) поле находится в оди­
наковой фазе. Это расстояние назыв ается
длиной в о л н ы. Частоте в 1 Мгц соответ­
ств у ет длина волны 300 м. Световым колеб а­
ниям соответствуют длины волн от 0 ,4 до
0,8 мк.
Электромагнитные волны свободно про­
ходят через воздух и космическое пространство.
Но если им встретится металлический провод -
антенна-или любое проводящее тело,
они отдают ему свою энергию , вызывая в этом
проводнике переменный эл ектрический ток
той же частоты. Однако часть электромагнитных
волн отражается от поверхноети проводников .
На этом основано их использование в радио­
локации .
Замечательная особенность электромагнит­
ных волн , как и всяких волн ,- это их способ­
ность огибать тела на своем пути . Но это воз­
можно лишь в том случае, когда размеры тел а
меньш е, чем длина волны, или сравнимы с ней .
Если же тело больше, чем длина волны , оно
221.

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
может отразить ее . Например , чтобы обнару­
жить самолет , дл ина радиоволны локатора
должна быть меньш е 10 м.
Энергия , 1юторую приносят электромаг­
ю1тные волны , зависит от мощности генера­
тора (изл учателя) и от расстояния до него .
П оток энергии , проходящей через единицу
площади , прямо пропорцион ален мощности пере­
датчика и обратно пропорционален кв адрату
расстояния до него . Для примера укажем , что
поток энергии электромагнитного изл учения
Солнца на поверхности Земли достигает
1 квт /м 2, а потоки энергии широковещател ь­
ных радиостанций - всего тысячные и мил­
лионные доли ватта на 1 �t 2
•
Радиоволны, т. е. электромагнитные волны,
используемые сейчас в р а диотехнике , занимают
обл асть , или , как говорят ученые и инже­
неры ,
с п е к т р, электромагнитных волн
длиной от 10 тыс. м (30 кгц) до 1 м.:ч
(300 тыс . Мгц) .
·
Это только часть обширного спектр а эл ект­
ромагнитных волн (см .
·
цвет. табл. у стр. 193).
Свет и ради оволны , тепл овые и рентгеновские
лучи , ул ьтрафиолетовые лучи и грозные г ам­
ма-л учи - у всех у них одна и та же природа.
Это электромагнитные колебания , различаю­
щиеся только дл иной волны .
З а радиовоJiнами (по убывающей дл ине
волн ы) сл едую т тепловые , или инфракр асные,
лучи . П осле них идет узкий участок воJIН
видимого света , а за н им размещается спектр
ультрафиолетовых лучей, на которые наш глаз
уже не реагирует . Их можно обнаружить с по­
мощью фотопластинки . За ул ьтрафиолетовыми
следуют рентгеновские лучи . Они обладают
свойств ом проникать сквозь такие тела и пред­
меты , которые соверш енно непроницаемы для
лучей видимого света . Они проходят сквозь
ткани человеческого тела, дерево и даже �1етал­
л ы . Еще дальш е лежит область гамма-лучей ;
их испускают при распаде ядра атомов радио­
активных веществ .
Границы между областя ми спектра наме­
чены условно . Эти обл асти следуют непрерыв­
но одна за другой , переходят одна в другую ,
а в некоторых случаях даже перекрывают друг
друга.
Общепринято дел ить спектр радиов олн, при­
меняемых в радиовеща нии, на четыре области :
Вопны
Длинные -
Средние -
Короткие -
)'пьтракороткие -
222
от
от
от
частота
0,1 до О,4 ,1r iц
0,5 до 1,5 Metf
3ДО 25Мщ
до 100 Мщ
Дп ина во;шы
ОТ 3000 ДО 700 .п
от 600до200."
от 100ДО 11·"
от
10до 1·"
Кроме метровых вол н , диапазон ул ьтр ако­
ротких волн (УКВ) вкл ючает также дециметро­
вые, сантиметровые и 11ш ллиметровые волны .
Для радиовещания отв едены участки :
Дп11нные волны-
2000-750 м.
Средние вопны -
600-180 м.
Норотк11е во,1ны -
80-10·" ·
Упьтракорот1ше волны -
10-5 ·"·
Это так н азыв аемые вещательные диапазоны .
Другие участки радиоспектра предназначены
дюr радиотелефон н ой связи, д.'lя радиос вязи
с самол етами , радиомаячной , морской и других
специ альных ради осл ужб.
На волне 600 м передается знаменитый
спгнал «SOS» - сигf!ал бедств ия . На этой волне
работают только аварийные передатчи ки .
Короткие волны служат дл я дал ьних свя­
зей . На метровых волнах ведут телевизионные
пер едачи . Дециметровые и сантиметр овые
волны используют радиолокация , радионави­
гация , радиогеодезия . Милл иметровые волны
в последнее время все шире применя ются в ра­
диолокации . Используются они и в специаль­
ных, физических иссJiедов аниях.
КАК РАСПРОСТРАН.ЯЮТС.Я
РАДИОВО.JIНЫ
Радиоволны 11iогут излучаться через антенну
в простр анство и распространяться без прово­
дов .в виде энергии электромагнитного поля .
Однако 'в олны различной дюiны , ра'сnростра­
няются не одинаково и требуют антенн различ­
ных размеров .
Земля представляет собой пров одник эл ек­
тричеств а, хотя и не очень хороший. Радио­
волны, проходя над Землей , возбуждают в ней
электротоки. На создание этих токов тр атится
часть энергии, и радиоволны постепенно осла­
бевают ; чем волна короче , тем больше она
поглощается Землей .
Радиоволна ослабев ает еще и потому, что
энергия , из.11ученн ая передатчи ком, расходится
во все сто роны простр анств а , и, чем: дальше от
передатчикэ, тем меньш е приходится энер гии
на . такую же пл ощадь , те�I меньш е энергии
может принять одна антенна.
Передачи длиннов о.'lнов ых ст а нций можно
принимать на расстояниях до несколью1х ты­
сяч километров , причем громкость приема умень­
ш а ется плавно , без ск ачков (рис. 3). Средние
в.олны распростр аня ются в предел ах тыся­
чп кил ометров . Ночью слышпмость ср едне­
в о.'lнов ых станций резко возрастает . Что же

Рв•· 3. Распространение радиовоJJн в тропосфере.
касается коротких волн, то энергия их резко
убыв ает по мере удаления от передатчика .
Не удивительно поэтому, что в первые годы
развития радиотех ники для дальней связи
применяли волны длиной от 1 до 30 км. Вол­
ны короче 100 м считались непригодными для
дальней связи и их отвели радиолюбителям.
Однако , после того как ученые глубже иссле­
дов али свойств а коротких и ультракоротких
вол.в , оказалось , что они быстро затухают, лишь
когда идут у поверхности Земли . Распростра­
няясь вверх под большим углом к горизонту,
короткие волны не уходят в простр анство,
Рис. 4 . Распространение
коротких и ультрако­
ротких раДИОВОJIН. в
местах падения луча на
Землю - зоны сл ыши­
мости , между вини -
<(ме.рт вые �> зоны.
РАДИО
а возвращаются обратно . Объясняется это
свойств ами атмосферы. Она состоит из тропо­
сферы , стратосферы и ионосферы. Верхний
слой - ионосфера - отр ажает короткие вол­
ны и помогает н ам использовать их для даль­
ней радиосвязи .
Это свойство ионосферы было обнаружено
почти случайно . В 1921 г. один французский
радиолюбитель принял на волне 20 м передачу
маломощн ой американской радиостанции . Так ,
между Европой и Америкой был переброш ен
первый коротковолновый «радиомост» . А мень­
ш е чем через год уже была установлена двух­
сторонняя радиосвязь через Атл антический
океан .
Секрет дальнодействия коротких волн з а­
интересов ал физиков . Еще в 1902 г. американ­
ский ученый Кеннеди и английский ученый
Х евисайд высказали предположение, что на
большой высоте должен быть слой воздуха ,
отражающий радиоволны . Сверхдальняя люби­
тельская радиосвязь подтв ердила эту догадку,
а современная наука точно установил а наличие
ионизиров анных слоев воздуха, отражающих
радиоволны .
Процесс распр остранения коротких во.11н
протекает так . Отразившись от ионосферы, они
возвращаются к Земле далеко от источник а,
оставив под собой сотни километров «мертвой
зоны» (рис . 4) . Но , пропутешествовав к ионо-
223

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
сфере и обратно , волна не успокаивается . Кос­
нувшись Земли, она отражается от �е поверх­
ности и вновь устремляется к ионосфере, снов а
отражается и т. д . Так , многократно отражаясь
от ионосферы и земли , она может несколько
раз обогнуть земной шар .
Установлено , что угол отражения зависит
в первую очер едь от дл ины волны . Чем короче
волна, тем дальше от источника посылает ее
ионосфера . Но эта зависимость верна лишь для
волн дл иною до 8- 15 м. Более короткие волны
ионосфера не отражает : они пронизывают ее
насквозь и безвозвратно уходят в космическое
простр анство .
Эти ул ьтракороткие волны ближе всех дру­
гих радиоволн стоят к световым лучам и кое
в ч ем напоминают их. Они почти не огибают
земную повер хность и распростр аняются пря­
молинейно , в пр едел ах прямой видимости .
Поэтому дальность действия ул ьтракоротких
волн невелика. Но у них есть и преимуществ а
дл я радиосвязи.
П оскольку они распространяются в преде­
лах прямой видимости , радиостанции , рабо­
тающие на УКВ , можно строить в 150-300 км
друг от друга - взаимного влияния между
ними не будет . Иными слов ами , одна и та же
частота может быть многократно использована
для радиопередач с соседних станций .
Но не только это позволяет работать на
ул ьтракоротковолновом диапазоне очень мно­
гим станциям. Волны длиной от 10 до 5 м
охватывают полосу частот от 30 до 60 Мгц, т. е.
полосу в 30 Мгц . Длинные и средние волны -
от 2000 до 200 м - соответств уют частотам
от О, 15 до 1 ,5 Мгц, т. е. занимают полосу частот
всего в 1,35 Мгц . Во всем ди апазоне УКВ можно
расположить в 1000 раз больше радиостанций ,
чем в диапазонах длинных , средних и корот­
ких волн , вместt> взятых .
Ультракороткие волны близки к световыr.r
лучам и потому обладают еще одним интерес­
ным и важным свойством . Вспомним, как устро­
ен прожектор . Свет от лампочки, расположен­
ной в фокусе рефлектора, собир ается в узкий
пучок лучей , который можно послать в любом
направлении . Примерно то же самое можно
продел ать и с радиоволн ами УКВ-диапазона .
Можно их собирать зеркалами-антеннами и
посылать узкими пучками . Для длинных волн
такую антенну построить невозможно , так как
слишком велики были бы ее размеры : диаметр
зеркала должен быть намного больше , чем дли­
на волны .
Эта особенность УКВ позволила
испол ьзов ать их в пер в у ю очерель для радио-
224
локации , радиорелейной связи, телевидения­
везде , где нужно направленное излучение.
И еще одно свойство выгодно отличает
УКВ-малые помехи в радиоприеме. Этим свой­
ством, в частности , объясняется , что в послед­
ние годы даже деш евые приемники снабжаются
наряду с обычными ди апазонами одним или
несколькими ультракоротковолновыми .
Самые короткие волны радиоспектра - мил ­
лиметровые - распространяются так же, к ак
и УКВ , но сильно поглощаются атмосферой.
Для волн короче 1 см туман , дождь , облака -
уже серьезные помехи , сильно ограничив ающие
дальность распростр анения .
Таким образом, волны радиодиапазона обл а ­
дают различными свойствами распространения ,
и каждый участок этого диапазона применя ется
там , где лучш е всего могут быть использованы
егQ особенности .
СХЕМА РАДНОСВЯЗН
Схема радиосвязи очень проста (рис . 5):
эл ектрические колебания в антенне радиопсре·
датчика вызыв ают электромагнитные колеба­
ния - радиоволны , распространяющиеся в про­
странстве. Достигнув антенны приемника , он11
наводят в ней переменный электvический ток.
В первом приемнике Попова мощности пере·
датчика хватало на то , чтобы когерер обна·
руживал электромагнитное поле на расстоя·
нии до 40 км . Для бол ьших расстояний нужно
было бы увеличить мощность перед атчик а . Но
увеличение мощности передатчиков имеет :эко­
номические и технические пределы, позтому
радиотехника стремил ась ув еличить чувстви­
тельность приемников . В них стали применять
у с и л и т е л ь электрических колебаний тока,
вызванного в антенне.
Замечательным свойством радиоволн оказа­
лась возможность их модуляции , т. е . передачи
с их помощью звуковых частот (см . стр . 233).
Конечно , принципиально можно передавать :элек­
тромагнитные колебания , соотв етств ующие зву­
ковым частотам, но их излучение и прием свя­
заны с большими техническими трудн остями.
КАК НАСТРАИВАЮТСЯ НА BO.JIHf
Для того чтобы множеств о станций могло
вести передачи , не меш ая друг другу , каждоi
из них выделена строго определ енная частот�
или длина волны . А чтобы принять одну из :ЭТИ!

РАДИО
))))))�J )))))) )?�
Передатчик
-8'V -� -�-
Рис. 5. Приемн ик прямого усиления. Радиоволны идут от антен ны передатчи к а к антРнне приемника, затем через кол�
бательныii контур - к усилител ьной лампе, детектируютс я диодом и подводятся к динамик у громкоговорителя.
передач , в прием нике есть специальное устрой­
ство-колебательный
контур
(рис . 6) . Он представляет собой замкнутую
цепь , состоящую из к атушки и нду к­
тивностииконденсатора.Катушка
(ее иногда называют индуктивно-с тью) - это
свитый в спираль провод , а конденсатор -
близко расположенные металлические пласти­
ны, н а которых можно собирать заряды и на­
капливать , таким
образом, электрическую
энергию .
Если присоединить батарею к пластинкам
конденсатор а, на нем появятся электрические
заряды . Пл астина , соединенн ая с отр ицатель­
ным полюсом , заряди тся отрицательно , а со­
единенная с положите;1ьным - положительно .
На пл астинах появится электрическое напря­
жение , которое будет возрастать , пока не срав­
няется с н апряжением батареи. Тогда конден­
сатор окажется заряженным до предела, соот­
ветств ующего е го электрической емкости , т. е .
способности запасать эл ектрические заряды .
Чем больше емкость конденсатора, тем больше
за.рядов «войдет» в н его при данном напря­
жении , тем больше электрической энергии
сосредоточится в электрическом поле между
пластинами .
Запасенная энергия о станется в конденса­
торе и после откл ючени.1
1
батареи. Если з аряжен­
ный конденсатор присоединить к катушке
индуктивности, запасенная энергия вызовет про-
015Д.Э.Т,3
текание электрического тока через катушку: по
ней потечет р а з р я дны й ток конденсатора.
Вокруг всякого проводника с электрическим
током возникает магнитн ое п о ле. Появляется
оно и вокруг катушки . Электрическая энергия
конденсатора превращается в катушке в маг­
нитную энергию электрического тока . В тот
момент , когда конденсатор разрядится , маг­
нитное поле �остигает н аибольшего значения
и начинает убывать , процизывая витки катушки.
Энергия , запасенная магнитным полем , ра­
зумеете.я , н е может исчезнуть бесследно , она
должна перейти в другой вид энергии . Согл асно
закон у магнитной индукции, уменьш ающееся
Катушка
индуктивности
KOM�ArtAЬHЬI� КОЧfУР
Рис. 6 Колебател ьный контур и его условное обоаначение
на радиоохемах.

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
магнитное поле катушки создает в ней эл ектро­
движ ущую сил у, которая препятствует исчез­
новению поля . Эта сил а создает .ток , который
начинает снов а заряжать конденсатор. Но этот
зарядный токбудеттечьужевобрат­
ную сторону. :Конденсатор вновь зарядится ,
но его пл астины как· бы поменяются местами :
положител ьная зарядится отрицательно , отри­
цательная- положите.Льно . Зарядившийся кон­
денсатор снова начнет разряжаться через катуш­
ку. Однако разрядный ток в цепи потечет уже
в другом направлен ии . Вокруг катуш ки поя­
вится магнитное поле, и процесс повторится
в той же последовательности .
Электрическая цепь , состоящая из катушки
индуктивности и конденсатора, называется зам­
кнутым колебате.1ьным контуром . В нем про­
исходит периодическое перемещение элентри­
ческих зарядов (т. е . движение тока) в прО1;.И­
воположных напр авлениях . :Конечно , со вре­
менем колебания тока в контуре прекратятся
подобно тому, как постепенно затухают коле­
бания маятн ика . Ведь провода , из которых сде­
лан контур , обладают эJ1ектрическ11м сопротив­
лением . Часть энергии при каждом колебании
затр ачив ается , чтобы преодолеть это соп.р о­
тивление, и превращается в тепло . Это ос­
новная причина энергетических потерь в
контуре .
Отчегоже зависит частота электри­
ческих колебаний в контуре? Период колеба­
ния маятник а, например , связан с его дл и­
ной . Чем больше длина, тем больш е период,
тем медл еннее качается маятн ик . В часах ходи­
ках , например , период равен 0,5 секунды , а
самый большой маятник , подвеш енный под
100-метровым куполом Исаакиевского собора
в Ленинграде , сов ерш ает полное колебание з а
20 секунд .
В электрическом контуре частота колебан ий
определяется величиной емкости конденсатора
и индуктивности катушки . Чем больше чп­
сл о витков в катушке, тем меньш е при данном
ди аметре ее индуктивность , тем быстрее изме­
няется сил а тока в контуре. Чем меньше ем­
кость конденсатора (рис� 7), тем меньш е вре­
мени нужно на его разрядку и зарядку. Меняя
величину емкости или индуктивности , легко
настроить контур на любую частоту.
:Колебания в электрич еском контуре могут
сов ерш аться неизмеримС? быстрее, чем качается
самый короткий маятн ик . Перезарядка конден­
сатора с малой емкостью происходит за тысяч­
ные и миллионные доли сек унды . Это . зн ачит ,
что частота колебаний в контуре-тысячи и мил-
228
Подвнжна11
группа пnастнн
( ротор )
,.,.
.
.,""'1• ••
Неподвнжна11
rрУппа пnаст нн
(статор)
Рис. 7. К онденсатор с переменной емкостью.
лионы раз в секунду , т. е. тысячи и миллионы
герц.
В электрический контур можно вводить
энергию извне. Для этого нужно воздейство­
вать на контур внешней периодической силой ,
т. е. переменной электродвижущей силой каиой­
то определ енн ой частоты . Такие кол ебания,
вызв анные действием внешней силы, называются
вынужденными колебаниями.
Если частота вводимой в контур электро­
дв ижущей силы совпадает с частотой колеба­
ю1й контура, возникает явление резонан с а ­
амплитуда колебаний дости гает наибольшей
величины . При этом не надо увеличивать амп­
литуду подводимого кол ебания ; нужно только ,
чтобы частота подводимых колебаний равня­
лась собственной частоте нонтура. Именно это
явление и позволяет настраивать приемнин на
определенную волну и выделять нужную стан­
цию среди огромного ноличеств а других .
Попробуем пояснить физичесную сущн о сть
этого явления сначала на примере маятник а.
Чтобы маятюш не останавливался , нужно под­
талнивать е го в такт его собственным кол еба­
ниям . Даже есл и каждый толчон очень слаб ,
он передаст маятнику небольш ую порцию энер­
г ии , но постепенно маятнин можно расначать
очень сильно .
Та:к же можно «расначаты> и элентричесний
:контур, если подавать в него энергию в таит е го
собственным нолебаниям . Из электрических но.11е ­
баний различных частот нонтур выделит только
нужную , свою частоту (рис . 8) , таи кан лишь она
вызовет явление резонанса . Из слабых «подтал­
киваний» контур постепенно соберет , на:копит
значительную энергию . :Контур не смож ет ,
нонечно , собирать «толчкю> и ув еличивать амп.,.
литуду нол ебаний беспредельно . Чем больше
амплитуда напряжения на нонтуре, тем больше
амплитуда тона , тем больше потери , тем бол ьше
энергии рассеивается в виде тепла.

Каждый контур способен усшшвать не одну
частоту, а цел ую полосу частот , но че:\1
выше его :nачество, или , как говорят , доброт­
ность , тем уже эта полоса . Если в паспорте
приемника записано , что полоса пропускания
6 кгц, а мы настроились на волну 1500 �t
(200 кгц), то приемник примет все частоты от 197
до 203 кг ц. Расстояние между вещательны111 11
станция 111и , как правило, 9- 10 кг ц. Поэтому,
принимая полосу в 6 кг ц, мы все же слышш11
лишь одну пер едач у. Правда , сл учается , что
в приемнике слышны сразу дв е передачи . Это
значит , что контур приеJ1
1
ника пл охо разделяет
частоты , что у нег о недостаточная и з бирател ь­
ность .
--
�
-
-
'V\f
VV'
-
�
Рис. 8. Колебатt>льныii кон тур «пропускает через себя » волны
той частоты , на ко торую он настроен.
АНТЕННА 11 ПPИEJIHllK
Сигналы - э.�ектро1
1
1 агннтные волны - ул а­
вливает ант е н н а. Чаще всего она состонт
из кусна провода . Принцнпиально это тоже
колебательный контур , но · резонансные свой­
ств а его выражены сл або , добротность низна .
Через этот контур проiiдут , не осл абляясь , сиг­
налы всех радиовещательных станций .
Высокочастотное поле радиосигнала наво­
дит в антенне токи высокой частоты , отсюда
они поступают на входной контур . Этот контур
выдел ит из хаоса частот уз:nую пол осу, на кото­
р ую он настроен .
Энергия сигналов , выделенных входным 1юн­
туром п риемника , а с.�едовате.'lьно, и напряже­
ние, возн икающее на нем , весьма малы. Их не­
дос таточ но, чтобы привести в де iiствие гром ко­
говорите.;�ь. То.1ько очень близкие и мощные ра­
диостан ции вызовут в приемном :контуре доста­
точно си.'lьные Э.'lе:nтричесю1е :кодеба ния.
Чтобы преобразовать колебания принятого
сигнала в Э.'lентрические колебания звуковой
частоты , которые приведут в действ ие громко­
говоритель , их необходимо усилить (часто в ты-
15*
РАДИО
сячи и миллионы раз) , а затем выделить из вы­
сокочастотных колебаний ту звуковую часто­
ту, которую радиоволны принесли «на себе» .
RAR )Т СИ.,ТIИТЬ аЛЕКТРИЧЕСltИЕ
RO"JEБAHllЯ
Мощн ость , потребляемая громноговорите­
лем радиопр11еJ11ника или кинескопом телевизо­
ра, достигает 10-30 вт . Таную мощность сиг­
нал радиостанции доставить не может . Допол­
нитедьная энергия доставляется по электрическо й
сети или от батарей , которыми питается прием­
юш . Слабые электрические колебания во вход­
ном контуре управляют выключением батареи .
Одним сл овом, усил ить эл ектричесние колеба­
н ия - это значит использовать их энергию
для в:ключения и выключения источников пи­
тания . Х отя энергия колебаний и очень мала,
она достаточна, чтобы прив ести в дзйствие
переключатель.
В жизни мы сплош ь да рядом встречаемся
с подобными явлениями . У автомобиля мощ­
ный дв игател ь, он может везти десятки тонн
груза. Шофер управляет двигателем автомоби­
ля, включая сцепление. По ср авнению с сил ой
дв игател я сил а шофера мала, но ее достаточ­
но, чтобы «включиты> могучую машину. Элект­
ричес1ше колебания входного контура , управ­
ляющие включением батареи, играют роль
шофера.
Входной контур управляет включением ба­
тареи , включая ее стольJю раз в секунду, сколь­
ко соверш ается колебаний в нем самом. Иными
словами, в цепи управляемого источника тока
создаются электрические колебания , частота ко­
то1tых та же, что и у управляющих колебаний,
а мощность гораздо больше. Такое использо­
вание слабых электрических колебаний и назы­
ваетсяусилением.
CPE;J,CTBO УСИЛЕНИЯ -
Р АДllОЛАМПЫ
В современных приемник ах р о ль усилителя
играют радиолампы . Но так было не всегда .
Для приема близких и мощных радиостан­
ций можно построить приемник и без усили­
тельных ламп. Е сли во входном :nонтуре раз­
виваются достаточно мощные эл ектрические
колебания , то , выпрямив этот высокочастот­
ный переменный ток и включив в его цепь теле­
фон , можно услышать радиопередачу. Так и
227

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Нонде сатор
Эаземnение
Мнкроф
атома расположено ядро . Его
окружает одна IOIJI несколь­
ко электронных оболочек .
Ядро заряжено положитель­
но, а каждый электрон нееет
отрицательный заряд . В це­
лом атом нейтрален , так как
отрицател ьный заряд всех
электронов равен положи­
тельному заряду ядра. Но
электроны не связаны с ато-
мом неразрывно-при извест-
ных обстоятельств ах они мо­
гут его покидать . Тогда в
потерявшем электрон атоме
появится избыток положи­
тельного заряда .
Особенно легко расстают­
ся с электронами атомы ме­
таллов . Остов их кристалли­
Рис. 9. Схема и внешний в1щ детекторного рад 11 опр11емн11ка на три программы.
ческой решетки состоит из
ионов , между ними беспоря-
работали первые приемники (рис . 9) . Электри­
ческие колебания контура пропускались через
детектор - кристалл сернистого свинца - га­
ленита. Этот кристалл выпрямляет переменный
эле.ктрический ток .
Детектор был очень капризен . Чтобы он
начал работать , нужно было тонкой , заост­
ренной на конце проволочкой найти на кри­
сталле точку, в которой он обладает наи­
большей чув ствител ьностью . Точку приходи-
лось каждый раз искать заново.
В 1883 г. знаменитый ·американский изобре­
татель Томас Альва Эдисон экспериментировал
с пустотной лампой накаливания - прообра­
зом обычной электрической лампочки. В то вре­
мя такие лампы еще не наполнялись инертным
газом. Чтобы предотвр атить перегорание нити
накала, из них откачивали воздух до возмож­
но большой степени разряжения .
В одном из опытов в стеклянный баллон лам­
пы был а впаяна, кроме нити накала, металличе­
СI\ая пластинка (рис . 10) . Соверш енно случайно
подключив положительный полюс батареи к пла­
стинке, а отрицательный- к нити наJ{ала, Э дисон
заметил , что через пространство между нитью и
пластинкой течет электрический ток . Неожи­
данное открытие взволновало и заинтересовало
Эдисона , но объяснить его физическую сущность
и применить на практике он так и не смог.
Почему ток при этих условиях течет через
безвоздушное пространств о? Веществ о, как вы
знаете , состоит из атомов . В центре каждого
228
дочно движутся свободные
электроны . Чтобы свободный электрон мог «вы­
скочитм из металл а, он должен преодолеть при­
тяжение положительно заряженных ядер или
ионов , составляющих кристаллическую решетку.
Металл , из которого вылетел хоть один электрон ,
становится положительно заряженным и начи­
нает притягивать электрон обратно . Чтобы пре­
одолеть это притяжение, свободный электрон
должен обладать достаточной энергией . Так ую
Обnа�но
еnекrроно1
l
�
�
�
-
� Гаnьввномет
�
\\\�\ Нкn. нвнаnа
\\
( катод )
+
!
Рис. 10. Схема эдисоиовокого опыта с пуототе.1
1
ой 11а11поl
вака.1
1
ивания.

эн ергию он получает , например , когда провод­
ник нагревается . При нагревании скорость
движения элентронов увел ичив ается , растет
запас их кинетической энергии , и при опре­
деленной температуре ее уже оказыв ается
достаточно , чтобы преодолеть силы, удержи­
вающие элеRтрон внутри металла. Сначала вы­
л етают наиболее быстрые элентроны, и чем
выш е температура, тем все больше электронов
покидает проводнин .
Процесс испусR ания элентронов , происходящпi'I
при нагревании проводников , носит название
термоэл ентр онной эмиссии. В ме­
талл ах заметная эмиссия элентронов начи­
н ается при температуре 2000 °Ц . Правда , да­
л еко не наждый металл выдерживает та­
кую темпер атуру, не плавясь ! Но есть и туго­
плавRие. Вольфрам, например , при темпе­
ратуре белого наления (2200 °) еще достаточно
прочен.
Первые ради олампы потому и назывались
лампами , что они светились не хуже обычных
осв етител ьных . Это и понятно : ведь нужно
было обеспечить хорошую эмиссию . Свечение
элеRтронной лампы не меш ает эмиссии , но на
нагревание нити до белого каления идет слиш­
ком много электроэнергии , такие лампы неэко­
номичны . П оэтому очень важно было повысить
эмиссионную способность нагретой нити . Рань­
ше дл я этого добавляли R вольфраму торий или
барий , а сейчас нить покрывают соединениями
окислов бария , стронция или других металлов .
Все эти меры облегчают выход элентронов из
металла, и термоэлектронная эмиссия начи­
нается при более низких т емпературах - при
500 -700° Ц.
В современных радиолампах часто исполь­
зуют подогревный натод. Он представляет со­
бой трубочку, внутри ноторой протянута нить ,
н акаленная электрическим током.
Самое важное условие высоной эмиссии при
нагревании - это вануум . Если бы Эдисон не
откачал из лампы воздух , он едв а ли заметил
бы , что от пластинни к нити течет ток . Выры­
ваясь из раскаленного металл а, элентроны сразу
встретились бы с атомами и молекулами возду­
ха, быстро потеряли бы свою энергию и не
добрались бы до пластинки. П оэтому нить ,
испускающую электроны , помещают в стеклян­
ный или металлический баллон , из которого
откачан воздух . Давление в баллоне в несколь­
ко милл иардов раз меньш е атмосферного , и
электроны распространяются здесь практически
беспрепятств енно . Из миллиона электронов толь­
ко один MOif\eT встретиться с молекулой газа.
Катод
Анод
Баnnан
Катод
РАДИО
Сеть
переменного
токо
Рис. 11. Схема работы диода.
Простейш ая радиол ампа - диод (рис . 11) -
состоит из раскаленной нити , испуск а ющей
электроны , и пластинки, помещенной на их
пути . Нить - это катод , пластинка - анод.
К катоду приложено отрицательное напряже­
ние , к аноду - положительное. Если диод вклю­
чен в цепь переменного тока, он пропускает ток
только в одном направлении , т. е . работает
в те периоды , когда к ·аноду пр иложено положи­
тельное напряжение. Когда же к аноду подве­
дено отрицательное напряжение, диод оказыва­
ется. «запертым» и ток через него не проходит .
Как правило , напряжение в цепях перемен­
ного тока изменяется строго п е риодически :
отрицател ьные и положительные полупе риоды
следуют друг за др угом через равные промежут­
ю1 времени . Изменения переменного напряже­
ния обычно изображают синусоидой - кри­
вой: , которая очень напоминает волну .
Процессы , происходящие в диоде , нагшщ­
нее всего можно представить графиком. На
рисунне 12 изображена с·инусоида напряжения ,
которое подается между анодом и катодом дио­
да . Ток течет через прибор , включенный в цепь
диода , только когда к аноду лампы приложены
положительные значения
напряжения . На
втором графике видно , что этот ток пульсирую­
щий:, он течет только в одном направлении,
но напряжение его меняется и даже
_
преры­
вается .
229

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
+
Пе ре менное
на пряжение O t-'"-
--=
=+-=+�=-
+-
--
-=.-
--
-�
Время
1
та. через
диад
1_
.
\
/
.
.
�
.
\..__,..._
__
__
На аноде ми нус - тока нет
Рис . 12. Диод выпрямляет переменный электр11ческ11i1 tок.
Даже небольшое полощительное напряже­
ние « ОТКрываеп> ДИОД , так КаК И без ПрИЛОЖеН­
НОГО напряжения ч ерез диод течет при достаточ­
ной э миссии «начальный» ток , правда очень
небольшой .
Настоящую революцию в радио технике со­
вершила другая лампа , появивш аяся вслед за
диодом. В 1906 г. американец Ли де Форест
ввел в ради олампу третий электрод . Между ка­
тодом и анодом он расположил пл астинку с от­
в-эрстиями . Отверстий было так много , что
электрод напоминал сетку. До сих пор его так
и называют сеткой , хотя теперь 01
1
больше
похож на спираль. По числ у эл ектродов лампу
назвали т р и одо м (рис. 13).
Если н а сетк у не подать напряжение, элект­
роны будут свободно пролетать через нее к
аноду, практически не задерживаясь : отверстие
даже в самой густой сетке неизмеримо больше,
чем электрон .
Отрицательный заряд на сетке
оттал-
кивает э лектроны, и тодько некоторые из
них могут проскочить через нее . Можно ,
разумеется , так повысить отрицательный заряд,
что сетка полностью «запрет» лампу и ток
прекратится . Для э того достаточно отрицатель­
нuе напряжение всего в несколько вольт . Это
н апряжение так и называется напряжением
запирания .
Если же подать на сетку положительное
напряжение, она начнет притягивать электро­
ны , разгонять их. Большинство из них так
разгоняется , что проскакив ает сетк у «с ходу» .
А за ней э лектроны еще сильнее притя гив ает
анод . Положител ьный заряд сетки помогает
добраться до анода и тем электронам , скорость
которых так мала, что без ускорения они не
долетели бы до него .
Те ж е электроны, которые «воткнутся» в
<< Проволочки» сетки или пролетят очень близ1ю
от них и притянутся ими , создадут побочный
«сеточный тою>. Но обычно он ничтожно мал
по сравнению с основным , анодным током.
П ока на сетке отрицательное напряжен ие,
лампа заперта . Сетка не позволяет ни одному
электрону подойти к аноду, но
катод продолжает их беспре­
рывно испускать . Между като­
дом и сеткой возюшает так на­
зыв аемое
электронное
облако.Егоплотностьуве­
личивается до тех пор , пока оно
само не станет выталкивать
электроны, вылетающие из ка­
тода обратно . Когда на сетку
подается положительное напря­
жение, к аноду устремляется из
электронного облака цел ая ла-
------..
.
1•1•1• +
1•+
-
1•1•1• + +•1 - - 1•1•1• +
--
Сеrко
Р11с. 13 . Схема
работы триода.
На сет�е напряж ения н ет
280
На сетке отри цате льное
напряжение
iiaмna заперта
На сетке положительное
напряженне
пампа открыта nолностыо
Каrо д

РАДИО
...
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
__
впна электронов .
Электронное
ре3ерв свободных электронов ,
эффективно управляет сетка.
об.1а�ю - ЭТО
которыми так
Катод испуск ает за секунду строго опреде­
ленное количество электронов , оно зависит от
температуры катода и от металла , и3 которого
он сделан . При появлении на сетке положи­
тельного потенциала все электронное облако
притягив ается к аноду . В этот момент анод­
ный ток достигает наибольшей величины ,
Анод1:1ая батаре11
Р11с. t� . Триод усиливает слабое переменное напряжею1е тока .
он так и на3ывается током насыщения радио­
лампы . Если положительное напряжение на
сетке и на аноде увеличить , ток , идущий чере3
лампу , не станет больше, ибо катод при данной
темпер атуре не может испускать электронов
больше.
Попробуем теперь подать на сетк у пере­
менное напряжение (рис . 14) , т. е . ув еличи­
вать и уменьш ать с какой-то частотой (сто.1
1
ь­
ко-то ра3 в •Секунду) потенциал сетки. Очевид­
но , тем самым мы будем осл аблять или увел ичи­
вать анодный ток в TaI\T с изменениями напряже­
ния на сетке. На аноде появится 1\опия всех
И3менений напряжения , поданного на сетк у,
но копия значительно увеличенная . С помощью
небольшого переменного напряжения сетка пре­
вращает больш ую энер гию анодной батареи в
энергию переменного напряжения , которое точ­
но повторяет И3менения напряжения на сетке.
Лампа с сеткой обл адает еще одним ценней- ·
шим свойств ом - безынерцион ностью . Это 3На­
чит , что И3менение напряжения на сетке мгно-
венно изменяет величину анодно го тока, т ак
как скорость эл ектронов в вакууме громадна .
Сетк а совершила в технике революцию . Она
позволила усиливать слабые радиосигналы во
много тысяч раз. Кроме того , с ее помощью
можно генерировать радиоволны .
Ламповые генераторы быстро вытеснили все
др угие приборы, применя вшиеся в т�э время ,
так как они были проще, надежнее и позволяли
передавать по радио речь и музыку. Они легко
перестраив аются на волну любой длины и не
мешают друг другу. С появлением генераторных
ламп , радиотехника стала стремительно разви­
ваться . Усилительные качеств а диодов и три­
одов непрерывно ул учшались .
В 1920 г. один из основоположников совре­
менной: радиотехники, М. А. Бонч-Бруевич ,
сконструирова.1
1
в Нижегородской радиолабо­
ратории мощную эл ектронную генераторную
лампу с водяным охлаждением . В том же году
былн проведены первые пробные передачи rio
радио речи и музыки . А через год был перед ан
по радио из Москвы концерт для Берлина. Это
бьта рекордная для то го времени дальность
музыкальной передачи . Немцы прекр асно слы­
ша.11 и муз ыку, но ответить таким же концер­
том не могли : в Германии в то время радио­
техника была еще сл абой. В 1933 г. в Москве
была создана самая большая по тому времени
радиостанция им. Коминтерна, мощностью
в 500 квт.
Триод открыл для . радио новый период .
Ученые , изобретатели, инженеры непрерывно
совершенствовали электронную лампу, ул уч­
шали ее качества и расширяли область ее
применения . Появились лампы с дв умя , тремя ,
ч етырьмя , пятью и даже шестью сетками .
С помощью этих ламп стало возможным управ­
лять электрическими кол ебаниями и преобра­
зовывать их.
ЧТО ДA.JIA ВТОРАЯ СЕТКА
Чтобы освоить короткие волны, нужно было
усилить напряжения высокой частоты . Усили­
тели на триодах для этого не годились : они ра­
ботали неустойчиво и ненадежно .
Две любые пл астины , разделенные промежут­
к ом, образуют конденсатор: в триоде между про­
волочными выводами от сетки и анода тоже
образуется емкость (конденсатор) , и она значи­
тельна . А емкость , не пропуская постоянный ток ,
свободно пропускает переменный , особенно ток
высокой частоты . Поэтому при усил ении высоких
231

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Радиолампы со стеклянн ы м11 баJ1лонам11:
а) тетрод , б) триод , н) двойной тетрод , 1) пентод.
Радиоламп ы,,
стек­
JJянные ба.1лоны ко­
торых защищены ме­
т аллическими экра­
нами:
а) пентод "
б) двoitнoit диод ,
в) диод плюе триод .
частот емкость между сеткой :и анодом начинала
оказывать вредн ое воздействие. Часть усил ен­
ного напряжения поступает с анода через эту
емкость обратно н а сет:ку. Работа лампы стано­
вится неустойчивой, возникает самовозбужде­
н ие, лампа начина ет работать ка:к г енератор ,
и усиление прекраща ется .
Устранить вредн ое действие этой ем1<ости
удалось , п оместив между первой управляю­
щей сет:кой и анодом еще одну, экранирующую
сет:ку. Емкость между сеткой 11 анодом умень­
шилась .
Та:к :к а:к в лампе стало четыре эде:ктрода ,
ее назвали тетродом. Но и тетрод не свободен
от недостатков : экранирующая сетка слишном
усердно помогает разгонять электроны, и они
с та:кой сил ой уда ряются в анод, что выбивают
из оболочек его атомов тан называемые втор11ч­
ные электроны. Часть этих электронов притя­
гивается обратно :к аноду , а часть дол етает до
экранирующей сет:ки и создает обратный -
дин атр онн ы й то:к . Этот эффект, назы­
ваемый динатронным , приводит :к самовозбуж­
дению усилителя или н сильным искажениям
сигн ала.
232
И вот между энранирующей сет:кой и анодом
поместили еще одну, чтобы не пускать вторич­
ные электроны н а экранирующую сет:ку. Тре­
тья сет:ка н е тол ько предотв ращает последствия
дин атронного э ффекта : в лампе еще больш е
уменьш ается емкость между уп равляющей сет­
кой и анодом, усиление тока лампой возрастает
и становится в нес:коль:ко деся тков раз больше,
чем у триода. Эта лампа названа п е нто-
дом. Пентод оказался идеальной лампой для
усил ения высокочастотных сигналов .
Введение четв ертой , п я той и шестой сето:к
было вызвано появлением супергетеродинного
метода приема , о нотором будет рассказано н иж е.
Радиол ампы совершенствовались не тодь:ко
путем до б авления сето:к . П оявились :комбинп�
рованные д а !lш ы: в одном сте1<лянном б а ллоне и
часто н ад одним :катодом размещал ись дв е, а то
и три лампы , например дв а диода и триод или
два триода и т. д . Такие лампы очень удобны
и практичны , та:к ка:к для них нужно меньш е
натодов , чем в соответств ующем наборе орди­
нарных ламп, сл едовательно , на их нагревание
расходуется :м еньш е энергии.
ПРИМЕНЕНИЕ ДllОДА
В РАДИОТЕХНИКЕ
Во входном :контуре приемник а, настроенном
в резонанс с передающей радиостанцией , воз­
никают электрические колебания высокой ча­
стоты , в сотни и тысячи мегаг ерц. Их можно
усилить радиолампами . Но если э ти усиленные
высоночастотные нол ебания подать в катушку
г ромкоговорителя, мы ничего не услышим :
мембрана громк огово рителя или телефона не
может следовать за их частотой и совершать
миллионы :колебаний в секунду. Но даже если
бы это было возможно , мы бы все равно ничего
не ус.'lышалн : наше ухо сд ышит , лишь когда
мембрана :колебдется со звуковой частотой от
16 до 16 ООО гц. Усиленный высокочастотный
сигнал не может привести в действие и тел е­
г рафный аппарат .
Если же э то переменное высокочастотное
напряжение приложить :к диоду , он выпрямит
его, и через диод потечет пульсирующий , но
постоянный по направлению то:к , :которым мож­
но привести в действие днна�шш, реле, зв о н ок
ит.д.
На передающей станции высокочастотные
электромагнитные :колебания модулируются
звуковой частотой. В приемнике эти высокочас ­
тотные :колеб ания выпрямляются , и чер ез

Коnебания
высокоll
частоты
_.
..
.
-
"
Усиnенное
коnебание
высокоll
частоты
··
·-
"
Коnебание
nромежуточноА
частоты
nпnnnnn"nn
vUUt(uuuvu
Усиnитеnь высокой частоты
Смеситеnь
Коnебание
rе те роАМН&
Микропрнемник на два
диапазона
"Пальчиковая· Лампа
Пре образ1
чаете
с
ламповая схема
на плате с навесным монтажом

)Ватеn"
ты
Усмnенное
коnебанме
промежуточной частоты
. Усиnмтеn�.
nромежуточноА
Ч&CTOTlil
СХЕМА
:УПЕРГЕТЕРОДИННОГО
ПРИЕМНИКА
Полупроводннковые
трноды и дноды
Коnебанме
нмзкоА
частоты
Детектор
Усмnекное
коnебанме
ннэкоА
частоты
-�
Усм.nитеn�.
ниэкоА частоты

42
м
..
.
·�
.м
�
�
�
ОБОЭНА ЧЕННЕ
НЕRОТОРЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ
РАДНОСХЕМ
1 - передающая
автевва; !­
приемная автевва; 8- приемо­
передающая автева; ,_ ааае11.1
1
е­
ние; 5- приаоеднвеияе к корпусу;
6, 7, 8, и 9- еопротяuевяя
(редисторы) ва 11ощвость ооответ­
ственво в 0,25, 0,5, t,O я 2,0 s;
10- пере11еввое
сопрот11меuие
(потенциометр); t t - ковдевсатор
(l!мкость); t2- 11.1
1
е11'1'ро.1
1
яти ческий
вовдевсатор; t3- перемеввый кон ­
денсатор; 14- Ьок переi.еввых
ковдевсаторов; t5- пожупере11ен­
выfi вовдевсатор (тра-ер); t6 -
катушка ивдуктв:в
в
ости (ивдук­
тиввоеть); t7 - катушка ивд)·к ·
тиввости с феррвтовwм оердечии·
11011; t8- катушка ввдуll'l'RВВОСТИ
с пepecтpaиll
lle
llblJ( оердечвиком;
19-травсформатор беа оердечиИl
l
а;
20 - трансформатор с ме.веаны11
сердечником; 21- трансформато р
е фeppll'l'Oвw11
сердечииво11:
22- батарея rа.вьвавиqеоких а.ве-
11евтов; 2 3- а.вевтродива11вческий
1'pollKOl'OВOpR'l'e.1lь; 26- вауmвики;
25- микрофон; 28- уввверсаJrь·
вая ваписывающая 11аrви'Юфовиа11
l'о.8овва; 27- диод; 28- двоАвоil
диод с катодо11 пpmroro вака­
.8&; 29- двойной диод; 30- триод;
3t- двоАвоА дио д-триод; 3 2- J1Y·
чевой тетрод; аа- певтод; 3'- rа­
аовыА диод; 35- раарядни к с nод­
•-011; 86- т и ратрон; 37- фото·
диод; 18- фо'l'ОЭ.8евтрвчесвя11 ум­
во•итеаь; 19- JUlllПOЧRa В8R8JIИВ8-
в ия; 60- uевтровво.8учевая тр�б-
118 с 11аrвВ'l'ВЫll отuовевие11 .1
1
yqa;
.f.1-11.1
1
евтронвоJ1учевая трубка с
rмект ростатическв11 откJ! овен11ек
;ryu; 62- пм упроводвикоаыА дн·
од (траваиотор) 11-р-11 топа;
.f.3- по.1
1
упроводв 11
1Ю
выА
тр11од
р-11-р типа; 6&- ПОJ1упроводи111
1
0·
вый фотодиод; f.5- тувве.вьнъ�А
диод.

диод идет постоянный ток . Но сил а тока ме­
няется в такт с колебаниями модулирующей
звуковой частоты . Если этот ток пропустить
через катушку телефона, мембрана кол еблется
именно с той частотой , которой модулирована
радиочастота передающей радиостанции .
Этот процесс , в сущности обратный процес­
су модулирования , называется дете к т и р о­
в а н и ем (обн аружением ). С помощью диода
осуществляетсятакжеиманипуляция­
передача по радио сигналов азбукой Морзе:
изл учение радиочастоты между точками 11 тире
прерыв ается .
Диод иногда применяется в радиотехнике,
просто чтобы пол учить постоянный ток и з
промышленного тока переменной частоты (обыч­
но 50 гц). Постоянный ток необходи111 для пита­
ния усилител ьных ла111п в радиоприемюшах
и генер аторных ла11
1
п в радиопередатчиках.
После выпрямления диодом получается пуль­
сирующий постоянный ток . Чтобы его «сгла­
диты> , на выходе выпрямителя устанавлив ают
фильтр , состоящий из емкости и индуктивно-
сти (дроссель) .
·
ПЕРЕДАЧ ..\ И ПРИЕМ
Р АДИОПРОГР..\I\IМЫ
Контур и лампа - основа радиоприемника .
Но не мен ьш ую роль контур и ла11
1
па играют
в передатчике - в генераторе радиочастотных
колебаний .
Колебател ьный контур генератора включает­
ся в анодную цепь лампы . Рядо111 с основной
катуш кой располагается вспомогательная се­
точн ая катушка. Если в контуре происходят
незатухающие колебания , направление тока
периодически 111еняется . Вместе с этим меняет­
ся и магнитное пол е в катушке контура. Это
переменное магнитное поле воздейств ует на
витки близко расположенной сеточной катушки
и наводит в ней переменное напряжение той же
частоты . Напряжение подается на сетку, кото­
рая заряжается попере11
1
енно то положительно ,
то отрицательно . В соответствии с этим авто­
матически изменяется сил а тока и в анодной
цепи .
Эти изменения воздействуют на катушку
кон тура, создавая в не111 дополнительные напря­
жения , которые не позволяют затухнуть соб­
ственным колебания11
1
контура. По сути дела,
на се тку поступает с контура небольш ая доля
напряжения высокой частоты , напряжение это
усилив ается и <�в такт» сн ова подается на кон..;
РАДИО
тур . Так как в анодную цепь это напряжение
приходит усил енным, оно с лихвой покрывает
все потери элек тромагнитной энергии конту­
ра , 11 колебания не затухают. Контур поддержи­
вает свои колебания за счет энергии анодной
батареи.
Таким образом , источник энергии в гене­
раторе - энергия анодной: батареи , которая в
схеме генератора превращается в энер гию не­
затухающих , периодических электромагнитн ых
колебаний: . Из нее же черпается энер гия на
покрытие потерь в контуре, на нагрев лампы ,
проводов и т. п.
Когда хотят излучить колебания в про­
странство, рядом с основной катушкой поме­
щают еще одну - антенную . В ней появляют­
ся электромагнитные колебания той же частоты
и идут через антенну.
Ламповый генератор создает электромаг­
нитный сигнал - радиоволну ; ее частота опре­
дел яется настройкой контура . Но чтобы пере­
дать какое-либо сообщение , а тем более речь,
музыку шш изображение , нужно на основной
сигнал , на несущую частоту, наложить допол­
нител ьные сигналы . Таки111 образом , радиосиг­
нал - это не одна неп рерывно изл учаемая ча­
стота : его основная несущая частота «раскраше­
на» более низкими частота111и . При передаче
речи и музык11 на несущую частоту наклады­
ваются звуковые частоты: в телевидении -
сигналы изображения , так называемые видео­
частоты ; в радиолокации - импульсы ; в те­
леграфии - точки и тире . Процесс такой смыс­
ловой «раскрас:ю1» сиtн ал а называется м о -
дуля ц и ей, а устроf1ства, воздействующие
на высокочастотный сигнал генератора и уп­
равляющ11е его колебания ми «в такт» с изме­
нениями частоты передаваемого сигнала, носят
названиемодуляторов.
При наложении модулирующих частот спектр
передаваемого сигнала расш11 ряется . Он ста­
нов11 тся тем шире, чем выш е модулирующие
частоты . В середине спек тра лежит основная ,
несущая частота; по бок ам - моду.11ирующие .
При передаче речи или музьнш на си гнал
поочередно накл адыв а ются все звуковые ча­
стоты , 11з которых состоит речь или мелодия .
Ее ширина определяется наив ысш ей частотой
модуляции . Набор частот , из которых состоит
спектр сиrнала, зависит от сложности пере­
даваемого сообщения . Так , дл я передачи речи
достаточно часто·тной полосы в 2-4 кгц, дл я
11
1
узыки - 6 -8 кгц, а для телевизионно го изоб­
ражения необходи111а полоса в тысячу раз более
широкая - 6 Мгц. Для цв етного изображения
233

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
нужно уже 12-15 Мщ, а радиолокационные
сигналы занимают спектр шириной до 20 М�ц.
Спектру сигнала должна соответствовать поло­
са пропускания резонансных контуров в уси­
лителях приемного устройств а. Она выбирает­
ся равной спектру или несколько шире его . Чем
сл ожнее сигнал , тем более широкополосным
до лжно быть приемное устройство и тем слож­
нее оно .
Радиоволны вызывают в антенне множеств о
высокочастотных переменных токов . Входной
1юнтур приемника выбирает из них тот , на
частоту которого он настроен . В контуре уста­
навливаются э.11ектр ические колебания с ча­
стотой передающей станции . Сил а сигнала
пока очень низка, но то , что подано на сетку
первой усилител ьной лампы , усилив ается в
несколько сот раз и передается на следующw:й
контур , ВI\Люченный в анодную цепь и на­
строенный на ту же частоту. С этого контура
колеб ания можно подать на . сетку второго трио­
да и вновь усилить сигн ал . Пройдя несколько
таких каскадов усиления высокой частоты,
нолебания становятся в тысячи и миллионы
раз сил ьнее , чем они были в приемной антенне .
Теперь их можно подать на детектор - об­
наруживател ь радиосигналов . Детекторная лам­
па выпрямит переменное напряжение , через
нее потечет постоянный ток . Он просигнализи­
рует , что через контуры приемника прошел
сигнал той частоты , на которую настроены кон­
_
туры каскадов усиления . А если сигнал был
промодулирован частотами речи или музыки,
частота его изменений· будет соответствовать
звуковым частотам, которыми был промодули­
рован сигнал . Этот ток , пропущенный через ди­
нам1ш , заставит его звучать , и мы усл ышим
то , что принесл а нам радиоволна .
Так работали простейш ие приемники пря­
моrо усиления. Названы они так был и потому,
что высокочастотный сигнал усилив ается в них
прямо , без каю1 х-л ибо преобразований . Все
1ю нтуры их каскадов настр оены на одну часто­
ту. Долгое время существ овали только такие
радиоприемюпш . Современные нам приемники
устроены иначе . Они отличаются от приемни­
ков прямого усиления не только те хническим
совершенств о111 , качеством ла111п и отделки,
но и принципом работы . Такой приемник ча­
сто называют суперrетеродинным или просто
«супером» (см . табл . у стр . 233).
В супер гетеродинном приемнике , как и
.
в
приемнике прямого усиления , сигнал тоже уси­
ливается радиолампами , но не на частоте сиг­
нала, а на так называемой промежуточной ча-
234:
стоте . (:}та частота постоянна на всех частотах
настройки и на всех диапазона х приемника.
Преобразование колебаний принятого сиг­
нала в колебания промежуточной частоты про­
исходит обычно сразу же после антенны, в так
называемом преобразовательном каскаде прие­
мника. Пришедш ий сигнал смеш ив ается с сиг­
на�ом «местного гетеродина» , т. е . маломощного
генер атора, частота которого близка к частоте
сигнала . Получающаяся в рез ул ьтате такого
смешения промежуточная частота усилив ает­
ся и подается на ламповый детектор .
Гетеродинный метод резко увеличил чув­
ствител ьность приемников , т. е . дальность их
действ ия , и улучш ил качество приема . В наи­
бол ьшей мере положител ьные свойства супер­
гетеродина сказываются при работе на корот­
ких волнах. «С упер» гораздо сложнее прием­
ников прямого усиления , но его преимуществ а
так велики , что в радиовещании приемники
прямого усиления уже не применяются .
COBPEJ.\IEHHЫE PAДИO.JIAMll Ы
С развитием обычных усилител ьных радио­
ламп их размеры непрер ывно уменьш ались .
Вместо ст арых радиоламп с большим пласт­
массовым цоколем (в нем расположены штыри
для крепления лампы на панел и) появились
пальчиковые лампы (рис . 15) . В диаметре
такая лампа действител ьно не толще пальца ,
а дл иной в 2-3 раза м�ньше . Вслед за пальчи-
Рис . 15 . «Па.1ьч11кооые» радиолампы: а.) пентод , 6) rептод;
субмин11атюрные лам пы: а) триод , •) тривд , о) пентод.
ковыми конструкторы создали сверхминиатюр­
ные лампы - не толще иарандаша. Качеств о
радиол амп , разумеется , при этом не снизилось.
Созданы и совсем крошечные лампы - чуть
больше рисового зерна . Это , как правило , дио­
ды или триоды . По размерам они успешно со­
перничают с кристаллическими приборами , но
из-за малой практичности применяются редко.

На радиотрансляционных узлах и передаю­
щих вещател ьных станциях применяются мощ­
ные генераторные радиолампы высотой почти
в чел овеческ ий рост (рис. 16). Н а их анодах
выделяется такая огромная мощность , что нуж­
но применять водяное охла ждение .
Но есл и обычные три.оды , пентоды и т. д. в
процессе усовершенствования сохр анили все
свои осо бенности и свойств а, то с переходом на
все более коротк ие волны потребовались лампы
принципиально нового типа .
Мы говорили, что при усилении длинных,
средних и коротких волн электронную лампу
можно было считать безынерционным прибо­
ром. Она мгновенно реагирует на все измене­
ния тока, как бы часто они ни происходили.
Рис. 16. Современная мощная
rене раторная лампа с водяным
охлаждением .
Время пролета электронов от катода до сетки
гор аздо меньше , чем период применяемых ча­
стот . По сравнению со скоростью электрона ча­
стота даже коротких волн - это медленный
процесс .
С освоением УКВ положение изменилось .
На огромных частотах , соответств ующих вол­
нам диапазона УНВ , временем пролета электро­
нов в лампе пренебрегать стало нел ьзя. Так, при
волне в 1 м (300 тыс . кгц) время пролета элект­
рона до сетки (0 ,003 микросекунды) становится
равным периоду колебания , а при волне в 10 см­
уже в 10 раз больше него . Значит , электрон , вы­
. Тiетевший из катода в тот момент , когда сетка бы­
ла заряжена положительно , перест анет испыты­
вать ее притяжение , еще не долетев до сетки.
Мало того , сетк а оттолкнет его , так как напря­
жение на ней уже успеет переменить свой знак.
Нонстр укто ры стали уменьш ать расстояние
между электродами , разме ры ножек ламп и
других соединител ьных элементов. Так появи­
J1ись лампы типа �·желудь», в которых расстоя­
ние между электродами сокр ащен о до предел а
Рис . :17. Радиолампа
« желудь» р ядом с обыч­
ной спичкой.
РАДИО
д�
�'11ll�
Рис. 18. « Маяч­
ковая » радво.1
1
а11
1
па:
(рис . 17) . В результате конструктивных улу ч­
шений «желуди» эффективно работают на вол­
нахдо1м.
Для волн 10-20 см пришл ось создать уже
совсем необычные - «маячковым лампы (рис. 18).
Выводы катода , сетки и анода сделаны ЗJ1есь в ви­
де дисков и проходят прямо через стекло балло­
на наружу: через штырьки в цоколе под­
водится только напряжение накала.
Но «желудю> и даже «маячковые» лампы не­
пригодны дл я волн в 2-3 см. Пришлось скон­
струировать лампу с принципиально новым
способом управления электронным потоком.
Перваялампаэтоготипа-магнетрон
(рис. 19). У нее в сего два электрода - I\атод и
анод , на анод подается напряжение в не сколь­
ко тысяч вольт. Сетки у магнетрона нет , но за­
то в нем есть мощный постоянный магнит.
Он расположен так , что силовые линии соз­
даваемого им поля направлены параллел ьно
катоду.
Магнитное поле. ис кривляет путь движу­
щихся в нем электронов , если они летят пер­
пендикулярно его силовым линия м. Подбирая
сQответствующее магнитное поле и напряжен ие
на аноде , можно заставить эле ктроны двигаться
круговым потоком у самой поверхн ости анода.
Нруглый цилиндр
катода окружен массив­
ным анодом. Элентро­
ны, вылетающие из ка­
тода , отклоняются по­
лем магнита и пополня­
ют электронный поток ,
отдающий свою энер гию
на поддержание высо­
кочастотных колебаний.
Магнетрон сам гене­
рирует эти колебания;
ему не нужен, KaI\ трио­
ду, контур с проволоч­
ной катушкой связи. Его Рис. 19. Схема маrнетрона.

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Рис. 20 . внешний
вид клистрuиа.
анод - массивное мед­
ное кольцо с многочис­
ленными цилиндриче­
скими камерами ( объ­
емными резонаторами) .
Через узкие щел и каме­
ры сообщаются с про­
странством вокруг ка­
тода , где создается кру­
говой поток электронов .
Объемные резонаторы и
есть колебательные кон­
туры дл я сверхвысоких
частот.
Частота колебаний , возникающих в резо­
наторах, определ яется их размерами. Элект­
роны, которые движутся вблизи щелей анода ,
возбуждают в резонаторах колебания и отдают
при этом свою энер гию . Потеря энергии при­
водит к уменьш ению скорости. Поток эл ектро­
нов уплотняется. Можно подобрать резонаторы
определенного размера, .величину магнитного
поля и напряжения , так что участки уплотнен­
ного электронного потока будут пролетать мимо
щелей резонаторов как раз в те мгновения ,
когда поток передает энер гию колебаниям объ­
емного контура. Таким образом, эл ектронный
поток поддерживает эти колебания , и они ста­
новятся незатухающими .
В магнетронах удается получать колебания
сверхвысоких частот с длиной волны до О ,5 см.
Впервые магнетроны бЫли применены на радио­
локационных станциях , и до сих пор без них
не обходится ни один радиолокатор.
Другой прибор для генерирования ультра­
коротких волн - кли стр о н (рис. 20). Этот
g4.
Рис. 21 . Внешний вид радиолампы беrущей волны .
генератор менее мощный , чем магнетрон , но он
тоже объединяет в себе функции лампы и кон­
тура . Колебания в резонаторе клистрона , как
и в ма гнетронной системе, поддержив аются
потоком электронов неодинаковой плотности .
Но поток здесь не кольцевой, а прямолиней­
ный . Электроны излучаются катодом в одном
направлении , ускоряются электродом и проле­
тают мимо резонаторов.
Наибол ее часто применя ется так называе­
мый отражательный клистрон. В нем поток
электронов , разделенный резонатором на зоны
236
уплотнения и разрежения , встречает tla св оем
пути электрод, заряженный отрицательно, и,
отразившись от него , направляется обратно к
резонатору.
Третья группа ламп нового типа - это лам­
пыбегущей волны (рис.21)илампы
обратной волИы. Онишироко при­
меняются для диапазона са нтиметровых волн.
Принцип их работы основан на взаимодейст­
вии магнитного поля и э.11ектронного поток а.
Электромагнитное поле распространяется , как
известно, со скоростью света. Электронам же и
при напряжениях в неск олько тысяч вольт
можно сообщать лишь одну десятую скорости
света . Поэтому, чтобы застав ить взаимодейст­
вовать магнитное поле и электронный поток ,
нужно уменьш ить скорость распространения
электромагнитной волны до скорости электрон­
ного потока.
Но скорость дв ижения поля не затормозишь.
Инженеры нашли выход, они заставили поле
проходить от «входа>> до «выхода>> более дл ин­
ный путь , чем путь электронов.
Лампа бе гущей волны похожа на дл инную
пробирку с цоколем. Вдоль нее проложен а
спираль, по которой движется электромагнит­
ная волна. Вместе с волной вокруг витков спи­
рали обегает и электромагнитное поле. А пучок
электронов движется внутри спирали вдоль
ее оси . Поле перемещается к выходу во столь­
ко раз медленнее, во сколько раз дл ина провода
одного витка больше шага спирали.
·Когда сигнал , т. е. электромагнитное коле­
бание, идет по спирали, он воздейств ует на
равномерный поток электронов , перегруппиро­
вывая в нем электроны по их скоростям. Сгруп­
пированный поток , продвигаясь вдол ь оси спи­
рали , в свою очередь воздейств ует «В такт» на
электромагнитное поле, отдавая ему энергию .
По мере продвижения по спирали поле непре­
рывно усилив а·ется , и , если спи раль лампы
достаточно длинна, выходное напряжение зна­
чител ьно прев ысит входной сигнал .
Лампы бегущей волны могут усилив ать вол­
ны длиной от 20 и до 3 см, на что не способны
радиол ампы никак их других типов. Применяя
такие лампы, можно построить генератор,
который сможет перестраиваться в широком
диапазоне частот.
Этими тремя· тип ами ламп в основном и
ограничиваются эл ектровакуумные приборы, ра­
ботающие в диапазоне сверхвысоких частот.
Самые короткие волны 0,5- 2 см нельзя уси­
лить даже лампами бегущей волны , но их мож­
но генерировать магнетронами и клистронами .

В последнее время создано много новых типов
сверхвысокочастотных генераторных и усили­
тел ьных ламп . Во всех этих лампах используют­
ся те же самые методы управления электронным
потоком , что и в клистронах , магнетронах и
лампах бегущей волны .
Bl\IECTO РАДИОЛАМПЫ - КРИСТАЛЛ
В послевоенные годы у радиолампы появил­
ся сильный соперник - полупроводниковые
(кристалл ические) приборы . Они успешно вы­
тесняют радиолампу даже из таких , казалось
бы, прочно завоеванных ею обл астей примене­
ния , как радиоприемники и телевизоры.
Первые кристаллические приборы - кри­
сталлические детекторы - появились в начале
20-х годов . Во время второй мировой войны
они широко применялись в приемниках радио­
локационных станций для детектирования и
выпря мления сигналов . С тех пор сфера при­
менения кристаллических электронных уст­
ройств непрерывuо расширяется .
Для изгQтовления таких приборов исполь­
зуют химические материалы, электрические
свойства которых ставят эти материалы в проме­
жуточное положение между проводниками и
изоляторами . Эти веществ а называют полу­
л роводник а ми (см . ст . «Полупровод­
ники») . Применяя их , удалось создать пол у­
проводниковые триоды (транзисторы) , в ко­
торых , как и в электронной лампе, можно
управлять электронным потоком. Используя
транзисторы, научились генерировать , усиливать
и преобразовывать высокочастотные сигналы.
По сравнению с электронной лампой тран­
зисторы обладают рядом преимуществ . У них
очень небольшие размеры . Им не нужен до­
поднител ьный источник тока для нагрев а нцти ;
поэтому они практически не нагреваются. Тран­
зистор потребляет значител ьно меньше энер­
гии . Он более надежен в работе, меньше боится
ударов , тряски , воздей ствия влаги . Срок служ­
бы полупроводниковых приборов исчисляется
десятками тысяч часов , тогда как обычные
вакуумные усилител ьные лампы могут рабо­
тать не более 3 тыс . часов .
Эти свойства полупроводниковых приборов
оказались особенно ценными в тех элек1'ронных
устройств ах , для которых важны небольшие
размеры, экономичность и высокая надежность :
в электронно-счетных машинах , в оборудова­
нии космических ракет и спутников Земли, в
разнообразном военном радиооборудонании.
РАДИО
Устройства на полупроводниках поражают
своими малыми размерами . Электронно-счетные
аппараты , которые раньше занимали целые залы,
уменьшились до габаритов шкафа . Сложный
радиолокатор , едв а размещавш ийся на линкоре ,
теперь может быть установлен на самолете .
Радиоприемник , работающий на транзисто­
рах, можно скомпоновать в обычном портси­
гаре.
Но и это далеко не предел . Уже появились
в продаже советские самые маленькие в мире ,
меньше спичечной коробки, приемники на мик­
ропленках .
Детали подобных радиосхем , в том числе и
транзисторы , ·наносятся фотохимическим спосо­
бом на фарфоровое основание или в вакууме
напылением. Схемы из микродет алей самых
различных констр укций все шире применяются
на практике . Как говорят радиоинженер ы,
идет процесс микроминиатюризации радиоап­
паратуры.
Вершина этого процесса - так назыв аемая
твердая схема; все ее элементы - сопротивле­
ния , конденсаторы, транзисторы, диоды и т. и .­
формируются специальной обработкой в одном
полупроводниковом кристалле . Такая схема
действител ьно «твердаю>: кусок вещества пред­
ставляет собой усил итель или приемник элект­
рических сигналов !
Но , как ни велики преимуществ а пол упро­
водниковой техники , в ряде случаев электрон­
ные лампы по-прежнему незаменимы , например
для усилителей в генераторах большой мощно­
сти . Одним словом, полупроводни ковые и элект­
ровакуумные приборы, несмотря на конкурен­
цию , не только сосуществ уют , но и хорошо до­
полняют друг друга .
Современная радиотехника испол ьзует сот­
ни различных типов электровакуумных , газо­
наполненных и полупроводниковых приборов .
Среди них , кроме обычных радиол амп и тран­
зисторов , электронные стабилизаторы напряже­
ний , газоразрядные лампы , электронные ком­
мутаторы-переключатели, фотоэдементы , фото­
умножители, электронно-оптические преобразо­
ватели и, наконец , электроннолучевые трубки .
aлERTPOHHЫll ЛУЧ
Электроннолучевые трубки (рис .
·
22) - это
чудесные приборы, которые помогают наблю­
дать электрические процессы . Они позволили
со здать современное телевидение , без них не­
мысл има радиолокация , они широко применя-
.287

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕ РГИЯ
Перемещение светящегося
пятна подачей напряжения
на отклоняющие пластины •
ются в разнообразнейших приборах - от про­
стейших лабораторных осциллографов до «бло­
ков памяти» в современных электронно-вы ­
числительных машинах .
Электронная трубка - это прибор, в кото­
ром электронный луч «рисует» световые изоб­
ражения на специ альном экране , обладающем
спосо бностью светиться в том месте , куда по­
падает поток электронов . Она имеет вид боль­
шого , обычно стеклянного (иногда металличе­
ск ого) конуса с почти плоским стеклянным дном.
Диаметр дна может превьппать 50 см. От вер­
шины конуса отходит цилиндрическая трубка,
горловина кото рой заканчив ается обычным
радиол амповым цоколем . Трубка герметически
запаяна, воздух из нее выкачан .
В горловине трубки расположен катод, из
которого , как и в любой радиолампе, вылета­
ют электроны . Форма катода и другие кон­
структивные особенности трубки позволяют на-.
правлять практически все электроны в сторону
эк рана . Чтобы электроны могли «рисоваты> ,
их нужно собрать в тонкий острый луч. Эту
опер ацию проделывают электронные линзы ,
которые так сжимают луч, что его диаметр у
экрана не превыш ает долей миллиметра.
Перед фокусировкой , сразу же после вылета
из катода , электроны пролетают через кольце­
войуправляющийэлектрод(своего
238
Рис. 22.
ЭJJектроииоJJу­
чевая трубка.
рода радиолампов ую сетку). От напряжения на
нем зависит яркость светящейся точки на экра­
не в том месте , куда попадает луч. Чем вьппе
отрицател ьное напряжение на управляющем
электроде , тем меньше интенсивность элект­
ронного потока и электроны уда ряются об
экран трубки с меньшей скоростью . А яркость
свечения экрана зависит от силы их ударов .
Чтобы на экране появилось изображение ,
светящуюся точку нужно перемеща ть . Для это­
го применяются электростатические и электро­
магнитные отклоняющие системы. Они от:Кл о­
няют луч и посылают его в любое место экрана.
Электростатическая систе -
м а состоит из дв ух пар пл а стин, расположенных
в rорловине трубки. Каждая пара пл а стин от­
клоняет луч в одной плоскости: влево - вправо
и вверх - вниз. Если на одну из пластин по­
дать отрицательное напряжение , а на другую -
положительное , то первая оттолкнет электрон­
ный луч, а вторая его притянет . В резул ьтате
луч отклонится к положител ьной пластине и
сместится на экране в соответств ующую сторо­
ну. Если изменить знаки напряжения , луч
отклонится в обратную сторону. Чем сильнее
разность напряжений , тем быстрее отклоняет­
ся луч.
Такжедействуютналучэлектромаг­
нитные системы.Ониотклоняютэлект-

ронный луч, во3действуя на него ма�·нитным
полем ра3личной напряженности .
Экран покрыт особым веществом - люмино­
фором; его свойств а таковы , что он гаснет не
сра3у, а продолж ает светиться несколько се­
кунд и после того , как луч уже ушел. За это
время луч успев ает пробежать по экрану не­
сколько тысяч ра3, он почти непрерывно «под­
свечиваеп> каждую точку и не дает погаснуть
и3о бражению.
Электроннолучевые трубки широко приме­
няются при исследовании ра3л ичных электри­
ческих явлений . Они по3в оляют видеть «форму»
электрическ ого напряжения и радиосигналов ,
научать быстропеременные процессы. С их
помощью можно наблюдать сигнал в любой
точке радиоприемника или передатчика и очень
точно настраивать радио аппаратуру.
КВАНТОВО-МЕХАНИЧЕСКИЕ
РАДИОУ СТРОЙСТВА
Шл а вторая ми ровая война. Фашистские
самолеты бомбили города Англии. Радиолма­
ционные станции на британском побережье обна­
ружив али вражеские самолеты и по3в оляли ан­
гличанам подготовиться к 3ащите .
Постеленно был о 3амечено, что радиолокато­
рам, которые работали на волнах метрового ди а­
па3она , меш ают сил ьные помехи. Англичане
предположили , что это противник «3абив ает»
эфир помехами нового вида. Но после внима­
тел ьных наблюдений обнаружилось, что помехи
всегда появлялись рано утром , на 3а ре , когда
антенны смотрели в сто рону восходящего солн­
ца . Весь остальной день и всю ночь станции
работали нормально. Следовательно , радиопо­
мехи посыл ало Солнце.
Этот случай лиш ний ра3 подтвердил , что
природа всех электромагнитных волн одинако­
ва. Солнце и3л учает и свет и радиоволны в ши­
роком ди апа3оне частот. Из Вселенной к нам
непрерывно идет поток радиои3л учен11й от
3Ве3д и туманностей , от скоплений межзвездно­
го га3а и других космических объектов .
И3лучение электромагнитных волн 3аключе­
но в самой природе вещества и энер гии. Элект­
ромагнитн ую энергию частиц веществ а изучает
наукаквантовая механика.
Каждый атом состоит из ядра и электронных
оболочек - орбит , по кото рым вращаются элект­
роны. Орбита электрона может проходить и
бли3ко от ядра и на сравнител ьно дал еком от
него расстоянии-это 3ависит от количества его
РАДИО
энергии. Но у каждого атома есть свои опре­
деленные «разрешенные» орбиты, между кото­
рыми электроны находиться не могут : энергия
электронов может меняться тольно скачками
(см. статьи «Свет» и «Загадки твердого тела»).
В обычном , или , как говорят , невозбужден­
ном, состоянии электрон 3анимает самый ниж­
ний энергетический уровень . Че111 больше 3апас
энер гии , тем дал ьше от ядра вращается элект­
рон . Бл ижняя к ядру орбита - самая устойчи­
вая, и в во3бужденном атоме электрон всегда
стремится перебраться на нее. Но есл11 электрон
был на высоком уровне , то куда же денется
И3быток энергии , когда он пер ейдет на нижний
уровень? Вот эта-то энергия и и3л учается в ви­
де электромагнитной волны.
При переходе электрона с одного уровня на
другой энергия выделяется вполне оп редел ен­
ны11ш порциями - к в антам 11. Ч ем боль­
ше ра3ница между энергетичес:ю111ш уровнями,
чем больше энер гия :кванта , тем выше частота
электрома гнитного излучения. Таким образом,
атомы , n которых много эле�>тронов и много
«разрешенныю> орбит, могут излучать электро­
магнитные волны самой ра3личной длины, в
том числе и радиоволны.
В окружающей нас природе происходят и
др угие квантовые процессы , которые сопровож­
даются :и3лучением электромагнитной энергии .
Изменение энергии колебаний атомов в предел ах
молекулы порождает инфракрасные лучи; из­
менение энергии во вращател ьном движении
молекул создает еще .более дл инноволновые
и3л учения , спектр которых в зависимости от
веществ а простир ается до радиоволн сантимет­
рового диапазона. Свет , идущий от пл амени
спички , это резул ьтат многочисленных переме­
щений электронов, во3бужденных тепловым
воздействием горения .
Таким обра30111 , атомы и молекулы и3лучают
электро111а�·нитные волны самых разных частот.
Такое беспорядочное излучение нел ьзя исполь-
3овать для радиопередач , тан как модулирую­
щий сигнал , несущий сообщение , может быть
нал ожен лиш ь на волну какой-либо определен­
ной , устойчивой частоты. Такие колебания на­
зывают 111онохроматическими, т.е.
колебаниями одной частоты . Если спектр и3л у­
чаемо го сигнала шире , чем спектр модулирую­
щих частот, то они затеряются среди много­
числе�ных частот излучаемого си гнала и их
нелЬ3я будет выделить И3 него . Поэтому, что­
бы исполЬ3овать для целей радиотехники , ска­
жем , свет , нужно создать генераторы монохро­
матического , или, как еще говорят, когерентно-
.239

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
ro, светового излучен ия. Иными сл овами, уст­
ройство должно излучать не просто световой
луч, а луч только одной частоты, одной длины
волны , например только красный (рис. 23) .
Проникновение в микромир , глубокое изу­
чение строения вещества и квантовых взаимо­
де йствий , разработка методов, как управлять
поведением атомов и молекул ,- все это позво­
лило использовать сами атомы в качестве пере-
Активное
,
вещество
Эеркаnо
8
Эеркаnо
ооо--
--".
Ое8
__
__.
.
•о•
tttttttt "
Эnектромаrнитное none "накач кн
11111111
Мощный источник
возбуждения
Источник
nнтаннн
Рис. 23. Схема действия
оптического генератора.
датчиков и приемников радиово.тш . Этим зани­
мается специ альния отрасль радиотехники -
:квантовая электроника.
Одними из первых были применены в тех­
нике моле1{улярные усилители и генераторы.
Были построены генер аторы с небывалой ста­
бильностью частоты. Это не удивительно , ведь
в качестве колебательной системы использо­
вались молекулы веществ а, колебательные
свойств а которых практически не зависят от
времени.
Современные квантовые генер аторы тео­
ретически позволяют , например , создать часы
с такой точностью хода, что ошибка не превы­
сит одну секунду за мноrие тысячи лет . По­
грешность уже созданных атомных часов равна
одной секунде за триста лет. Без таких сверх­
точных часов невозможны будут , например ,
космические полеты .
Огромную ценность для радиотехники пред­
ставляютквантовые усилителира­
диочастотных колебаний . Они. позволяют значи­
тел ьно увеличить чувствительность приемных
устройств (до сих пор ее ограничивали собствен­
ные шумы приемного устройств а) . В этих уси­
лителях атомы кристаллов , в которых проис­
ходит взаимодействие с квантами, подвергнуты
глубокому охлаждению (см . ст . «На подсту­
пах к абсолютному нулю») . При темпер атуре ,
бл изкой к абсолютному нулю , собственные шу­
мы в сантиметровом диапазоне волн ничтожны .
Это и позволяет принимать сигналы, в сотни
раз более слабые , чем с помощью обычных радио­
приемников (рис . 24) .
Квантово-механические приборы помогают
радиотехнике осваивать все более и более ко­
роткие волны. В одном из пер вых молекуляр­
ных генераторов использовались молекулы ам­
миака. Частота их собственных колебаний со­
ответств ует радиоволне длиной 1,25 см.
А сейчас кв антовая элеl\троника распола­
гает устройствами , способными генер ировать
и усил ивать радиоволны , длина которых доли
микрона, т. е. генер ировать и усил ивать
свет !
В обычных источниl\ах света атомы возбуж­
даются (их элеl\троны переводятся на более вы­
сокий энер гетический уровень) за счет нагрева­
ния (в лампах накаливания) или за счет газово­
го разряда (в газоразрядных лампах). Поскольку
возбужденное состояние , как правило , неустой­
чиво, атомы изл уч ают свет и возвращаются на
первоначальный уровень, причем происходит
это беспо рядочно , неоднов ременно.
Колебания таких источников , как говорят,
векоrерентны.
Но переход электрона на нижний энер гети­
ческий уровень можно вызвать , иск усственно
воздейств уя внешней силой - электромагнит­
ной волной. Подобно тому как резонансный
контур откликается только на ту частоту, на
которую он настроен , так и энер гетическ ий
переход электрона в атоме может произвести
только та электромагнитная волна , энергия
Рис. 2,. Схе­
ма действия
оптического
ус ю1итеJ1я.
Поnуnроэрачное
Актиеное
Поnуnрозрачное
аеркаnо
вещjство
_ / аеркеnе1
-"-.
о• о•..
..
.
--
-".
-
•
о
" __..,.�
-
1•0 ···--·
·
=.о
о!
•
rrr tttf r
Электромагнитное none "накачки''
11111111
Сnабwй источник
возбуждения
Источник
питания
кванта которой в точности соответствует ра з­
нице энергий между возможными энергетиче­
с.кими уровнями электрона .

Таким образом , если перевести
атомы какого-л ибо веществ а на
верхний уровень и облучить их
волной соответств ующей длины ,
все атомы будут излучать согла­
сов анно , в такт с проходящей
волной . Колебания источников из­
лучения
будут когерентными .
Правда , нужно найти вещест­
ва, атомы которых длител ьное
время могли бы находиться в воз­
бужденном состоянии и не излуча­
ли бы самопроизвольно. Физики
нашли такие вещества.
Один из наиболее распростра­
ненных
кв антово-механических
приборов - генератор когерент­
ного светового излучения . Он на­
зван л азером.
РАДИО
Это назв ание составлено из
первых букв английских слов
Рис. 25 . Схема эиерг�тических уровней (зон) ионов хрома в рубине.
«усиление света за счет вынужденного излу­
чения» . Так же составлены названия и дру­
гих квантово-механических
приборов: м а­
з е р - генератор сантиметровых и милли­
метровых радиоволн , и р азер - генератор
инфракрасных лучей .
Основа лазера - кристалл искусственного
рубина, внешним видом и размерами похожий
на толстый карандаш . В качестве примеси в
кристалл входят ионы хрома. При облучении
обыч ным , некогерентным зелен ым светом от
мощного внешнего источника (его называют
генератором «накачкю>) энергия как бы накачи­
вается в кристалл (рис . 25) и беспорядочно пе­
реводит ионы хрома на верхний уровень. Они
так же самопроизвольно и беспорядочно воз­
вращаются , но не на· нижний уровень , а на
средний , те ряя тол ько часть приобретенной
энер гии . Здесь они могут удержив аться до­
статочно долго . А уже с этого уровня их мо­
жет столкнуть на нижний уровень - одно­
временно , как по команде, - луч красного
света.
Зеленый свет применяется для накачки ла­
зера потому, что энергия его 1-шантов соответ­
ствует энергии , необходИ11
1
ой для перев ода
ионов хрома с нижнего уровня на верхний.
Переход со среднего уровня на нижний со­
ответств ует излучению красного света , по­
этому только красный луч и может вызвать
излучение возбужденных до среднего уров­
ня атомов .
Полезная работа лазера состоит в том , что
энергия луча , проходящего сквозь кристалл,
о16д.э.т.з
увеличив ается за счет излучения ионов , и из
прибора луч ·в ыходит усиленным . Но лишь де­
сятая доля процента , идущая от ла мпы-накач­
ки. преобразуется в рубине в узкий пучок крас­
ного цвета.
Тос�:ько узкая полоса частот соответствует зе­
леному свету , который переводит ионы хрома с
нижнего энергетического уровня на верх ний.
Эта полоса так· узка , что практически луч ла­
зера монохроматичен , т. е . излучение идет на
одной частоте . Сконцентрированные на среднем
энергетическом уровне ионы скачком пе реходят
на нижний уровень и излучают частоту , соответ­
ствующую ра знице между энер гиями нижнего и
среднего уровней .
Излучение лазера импульсное , так как ионы
не могут долго удерживаться на среднем уровне.
Стоит нескольким из них перейти на нижний
уровень, как появившийся красный л уч начнет
вызывать переходы других ионов .
Пройдя вдоль рубинового «карандаша», луч
ус илится сравнительно нена много. Поэтому тор­
цы кристаш1а покрыва ют се ребром и полируют ,
превращая их в отражающие зерка ла. Отражаясь
от них , луч многократно пройдет из конца в ко­
нец по кристаллу , соберет энергию со всех воз­
бужденных ионов и выйдет через уз кое отверстие
оставленное в одном из посеребренных концов ,
т. е. выстрелит красным лучом . Весь этот про­
цесс длится тысячные доли се кунды.
В пос леднее время появились и лазеры непре­
рывного действия . Они работают как усилител и
света .
К описанному остается до бавить , что гене-
241.

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
ратор «накачкИ» обычно представляет собой
газоразрядную лампу , стеклянная трубка кото­
рой спирально обвивает кристалл рубина. Кро­
ме того , прибор оборудован сложной системой
охл аждения, оптическими устройствами и т. п .
(см. рис. 17 на стр. 181).
Значител ьные возможности генераторов св е­
та, микроволн и инфракрасных лучей обуслов­
ливают дв е физические особенности.
Во-первых , когерентность , монохроматич­
ность излучения. Это свойство позволяет
накладыв ать на сигнал генератора моду­
ляцию любого вида , что особенно важно для
связи.
Во-вторых , передача электромагнитных ко­
лебаний , длина волны которых ничтожна по
сравнению с радиов о.цнами , применяемыми в
радиотехнике. Короткая волна обеспечцрает
высокую направленность излучения , которая
тем выше, чем больше отношение диаметра
антенны к длине волны.
Так , например , антенна (прозрачный то­
рец рубинового кристалла) диаметром в 10 мм
при длине волны в О,7 мк имеет такую же на­
правленность , как и антенна диаметром в
1,5 км при длине волны в 10 см.
Не удивительно , что луч , выходящий из ру­
бина , почти не расходится. Уже существ ующие
лазеры могут высв етить на Луне пятно диамет­
ром всего в несколько километров! Это особен­
но важно для космической связи с ее огромны­
ми расстояниями : потери энер гии будут ср авни-
тельно небольшими. (См. ст. «Разговор с пла­
нетами по радио». )
Особенно интер есны перспективы примене­
ния лазеров и мазеров на космических раке­
тах. В космосе можно обойтись без источников
тока для накачки генераторов. Здесь всегда
есть даровая энергия. В лучах Солнца есть и
зел еные лучи ; сфокусировав их на кристалле
с помощью линз и зеркал , можно обеспечить
генераторы и усилители нужной им энергией
в любом количестве.
Как именно можно применить оптические
частоты в радиотехнике, еще далеко не полно­
стью ясно. Но перспективы, открывшиеся уже
сейчас , сулят этой области науки и техники
грандиозное будущее. Ученые уже говорят и о
создании малошумящих усилителей , и об «атом­
ных» стандартах частоты, и об очередной проверке
тео рии относител ьности , и о космической связи
на расстоянии , измеряемом св етовыми годами ,
и о радиолокации с высочайшей разреш ающей
способностью , т. е. практически о «радиовиде­
нии» , и о наземных и космических радиоли­
ниях с немыслимой ранее емкостью каналов.
Впереди также применение квантов о-механиче­
ских приборов в вычислительных машинах , в
управлении химическими реакциями и биоло­
гическими процессами , в исследов аниях веществ
под воздействием чрезвычайно концентриров ан­
ных потоков световой энергии, плотность кото­
рых приближается к плотности энергии в дуге
при электросв арке.
•
РАЗГОВОР С П.JIАНЕТАМИ ПО РАДИО
1962 год ознаменовался в истории событием осо­
бой важности . 29 декабря в газете «Правда» было поме­
щено информационное сообщение:
«" . Советским ученым впервые в истории челове­
чества 19 и 24 ноября 1962 г. удалось осуществить
радиосвязь через планету Венера. Переданное с Земли
телеграфным кодом 19 ноября слово МИР достиг­
ло планеты Венера, отразилось от нее и, пройдя
общее расстояние 81 миллион 745 тысяч километ­
ров, через 4 минуты 32, 7 секунды было принято на
Земле .
Этим же методом 24 ноября на Венеру были пере­
даны слова ЛЕНИН и СССР. Отразившись от
поверхности uланеты, через 4 минуты 44, 7 секунды
эти слова были приняты на Земле. Они прошли в космо­
се 85 миллионов 360 тысяч километров!»
242
Д.ЛЯ ЧЕГО БЫ.Л НУЖЕН
<• РА3ГОВОР'> С ПЛАНЕТАМИ?
Эпоха космических полетов выдвигает перед нау­
кой все новые и новые задачи, не решив их, немыслимо
дальше развивать исследования солнечной системы.
Космический корабль, отправляясь к какой-либо
планете, должен быть обеспечен надежной радиосвязью
с Землей: ведь с него нужно передавать информацию
о полете, результаты научных исследований, сведения
о самочувствии экипажа корабля. Космонавтам, выса­
дившимся на планету, также будет необходима радио­
связь с Землей.
Чтобы правильно рассчитать траекторию, по кото­
рой полетит космический корабль, надо очень точно

звать расстояния до планет. Эти расстояния измеря­
ются особой мерой длины - Астрономической единицей
(АЕ). Она равна среднему расстоянию от Солнца до
3емли. Орбиты планет, выраженные в АЕ, определены
очень точно, во точность самой АЕ была недостаточна,
чтобы рассчитать маршрут космического корабля к
планете, удаленной от 3емли на многие миллионы ки­
лометров. Действительно, если величина АЕ опреде­
лена с ошибкой всего лишь в 0, 1 % , то корабль, пройдя
100 млн. км, может оказаться в 100 тыс. км от наме­
ченной цели и посадка на эту планету станет не­
возм ожной.
Кроме того, посадка на планету может быть без­
опасной только в том случае, если хорошо известны
температура поверхности планеты, продолжительность
суток на ней, ее рельеф, состав атмосферы и многое
другое. Обо всем этом можно узнать, <шоговорив)) с пла­
нетой (проведя радиолокацию планеты). Из «разго­
вора» можно точно определить расстояние от Зем.Ли
до планеты, а следовательно, и точную величину АЕ.
«Разговор» с планетой подтвердит и возможность ра­
диосвязи на миллионы километров.
П.JIАНЕТНЫЙ PAДHO.JIORATOP
Наверное, каждый слышал о радиолокаторах, ко­
торые позволяют отыскивать самолет в густых обла­
ках, обеспечивают безопасное вождение гигантских
морских судов даже в плотном тумане, помогают лет­
чику управлять самолетом в облаках и ночью. Радио­
локацию применяют и метеорологи: с ее помощью они
следят за движением гроз и штормов. Можно было бы
назвать и много других применений радиолокацип.
В последние годы радиолокация получила и косми­
ческую специальность: она применяется для иссле­
дования Вселенной.
Космическая радиолокация совсем еще молодая
наука. Ее основной прибор - планетный лока тор : это
гигантское сооружение. О его величине и сложности
можно судить хотя бы по тому, что во всех его узлах
количество электронных ламп и полупроводниковых
приборов выражается ... пятизначным числом.
От своих собратьев, применяемых для наземных
целей, планетный локатор отличается сильным голосом
(мощностью луча) и удивительно тонким слухом (высо­
кой чувствительностью).
Это сооружение включает в себя мощные пере­
датчики, сложнейшие антенные устройства, вы сокочув­
ствительные приемники и тончайшую регистрирующую
и управляющую аппаратуру.
Радиолокационный метод исследовавпii космиче­
ского пространства позволяет решить мвоrпе научные
проблемы, недоступные другим методам. Оптический
и радиоастрономический методы пассивны. Они позво­
ляют наблюдать и регистрировать лишь отраженный
от планеты солнечный свет и лишь собственное радио­
излучение планеты.
Космическая радиолокация - метод
активный.
Его сущность в том, что в сторону планеты посылают
радиоволны, которые, отразившись от ее поверхности,
возвращаются на Землю и улавливаются локатором.
По этим отраженным сигналам можно определить
расстояние до планеты, скорость ее движения,
период вращения, физические свойства поверхности
ит.д.
РАЗГОВОР С ПЛАНЕТАМИ ПО РАДИО
ЕНИН
с
ср
3апись
сигналов,
отражен ны х поверхностью Венеры ;
А-прямая запись на кин оплен ке, Б - изображен ие прямой
ацписи в вид е чередующихся им пульсов, В - та же запись
азбукой Морзе.
243

·ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
c ГO.JIOO• И <<C.JIYX>• .JIORATOPA
Колебания высокостабильного кварцевого генерато­
ра с помощью системы преобразования и умножения ча­
стот доводятся до частоты порядка 700 млн. гц, прохо­
дят через мощные усилители, а затем уже излучаются
антенной. Мощность этого радиолуча чрезвычайно
велика, достаточно сказать, что на единицу телесного
угла (на один стерадиан) приходится энергии около
250 млн. вт .
Небесные тела находятся в беспрерывном дви­
жении. Расстояние между Землей и исследуемой пла­
нетой либо сокращается, либо увеличивается; из-за эф­
фекта Доплера (см. стр.189) частота отраженного от
планеты сигиала может отличаться от частоты излучен­
ного сигнала на несколько десятков герц; кро�1е того,
в течение сеанса связи может несколько изменяться
и частота излучаемого сигнала. Поэтому в планетном
радиолокаторе есть специальное устройство, вводящее
поправку на доплеровское смещение частоты. Без :�того
устройства невозможно было бы выделить отраженный
сигнал; оно действует автоматически с очень высокой
точностью по заранее составленной программе.
Отраженный от планеты сигнал улавливается
антенной и, усиленный парамагнитным и параметри­
чесКI
I
м усилителями, поступает в супергетеродинный
приемник. Там сигнал преобразуется до звуковой
частоты, а затем записывается магнитофоном. Анализ
записанного сигнала проводится на специальном ана­
лизаторе спектра, который позволяет выделить полез­
ный сигнал из различных шумов.
Приведем расчет, который позволит понять. кatt
сложно «разговаривать» с планетами. Диаметр Вене­
ры - 12 400 ·км. Наименьшее расстояние, на которое
она сближается с Землей,- 39 млн. км. В это время
Венера видна с ЗемлQ:- в телесно�� угле 8 .10 -в стерадиа-
244
нов. Если радиолокатор излучает до 250 млн. вт
на стерадиан, то на всю видимую поверхность Венеры
приходится лишь около 20 вт, из них большая часть
энергии поглотится поверхностью планеты. Примем
для нашего расчета, что отразится 15% энергии, т. е .
около З вт. Но, конечно, нс вся отраженная от Венеры
энергия дойдет до Земли. На всю поверхность Земли
приходится лишь около 4 . 10 -s вт энергии, а на
1 .ч2 земной поверхности - 1,6 .10-22 вт .
Чтобы
«услышаты такой чрезвычайно слабый сигнал, планет­
ный локатор должен обладать поистине фантастически
чутким слухом.
Высокочувствительные приемники локатора 11озво­
.11яю т регистрировать и более слабые сигналы, в кото­
рых на 1 м2 приходится энергии около 1,6·10-24 вт.
Этот расчет показывает, как велики успехи в тех­
нике передачи и обнаружения радиосигналов. Стало
возможным проводить радиосвязь с планетами, удален­
ными на миллионы километров! А ведь всего лишь
60 лет назад была впервые осуществлена радиосвязь.
24 марта 1896 г. А . С. Попов продемонстрировал пере­
дачу и прием по радио телеграфного текста на расстоя­
ние около 250 .11.
<(Р А3ГОВОРУ>• llEШAET
BCE.JIEHHAЯ!
Так как сигнал, улавливаемый планетным лока­
тором, чрезвычайно слаб, его регистрация в сильной
степени зависит от уровня шумов. У каждого прием­
ника есть свои, так сказать, внутренние шумы. Они
возникают во всех элементах его схемы: в контурах
и сопротивлениях, в линиях передачи из антенны, в
электронных лампах и полупроводниковых приборах.

Эти шумы возникают от многих причин: от теплового
движения электронов в проводниках, от того, что
в лампах ток эмиссии катодов непостоянен, от тепловых
беспорядочных колебаний токов в полупроводниковых
приборах.
Наибош.шую часть внутренних шумов дают в при­
емнике первые каскады усиления: их шумы усшш­
ваются всеми последующими :каскадами. Поэтому в
планетном локаторе перед входом в приемник установ­
лен малошумящий парам агн иr
r
ный усилитель, охлаж­
дае мый жидким гелием до температуры 4°1\. Пара­
магнитные усиш1тели значительно повышают уровень
сигнала и практичес:ки не добавляют шумов, при этом
большую роль играют внешние шумы, принимаемые
антенной от внеземных (космических) источников и
из атмосферы.
Атмосферные шумы обусловлены тепловым дви­
жением зарядов и заряженных частиц в атмосфере:
любое движение зарядов порождает электромагнитное
поле, и это поле восприн имается приемником как ра­
диопомеха.
Все основные внеземные источники радиопомех
в настоящее время известны. Их природа различна.
Так, например, солнечные радиошумы создаются дви­
жением электрических зарядов в хромосфере и в короне
Солнца. Радиоизлучение Солнца в значительной сте­
пени зависит от его активности и от времени су­
ток. В периоды повышенной активности Солнца его
радиоизлучение может вырасти во много раз по срав­
нению с излучением спокойного Солнца. Сами планеты
РАЗГОВОР С ПЛАНЕТАМИ ПО РАДИО
тоже сравнительно мощные источники радиоизлучений,
именно на этом основан радиоастрономический метод
измерения температуры планет и звезд.
Даже космическое пространство создает радиошум.
Он происходит потому, что межзвездный водород по­
сто
,
янно изменяет свое энергетическое состояние, в нем
совершаются квантовые переходы (см. стр. 191 и 350).
Чувствительные радиоприемники воспринимают этот
шум как постоянный фон.
Радиосигнал, уловленный приемником, состоит из
отраженных планетой радиоволн и шумов; n течение
нескольких сеансов он записывается на магнитную лен­
ту и пропускается чере::� 20-канальный анализатор -
полезный сигнал выделяется из общего спектра радио­
кол ебаний методом фильтрации и накопления. Сущность
метода накопления в том, что через анализатор пропу­
скают записи нескольких сеансов радиосвязи. Полезный
сигнал присутствует в каждой такой записи, и он-один
и тот же. А шумы происходят от случайных процессов:
они различны, и каждый из шумов присутствует не во·
всех сеансах радиосвязи.«Прослушав» магнитную запись
нескольких сеансов, анализатор усиливает полезный
радиосигнал , выделяя его из неусиленных шумов .
Телеграфная радиосвязь через Венеру 19 и 24 но­
ября 1962 г. был а возможной потому, что отражен­
ный сигнал превышал уровень шумов в несколько раз.
На рисунках, помещенных на странице 243, видно,
что прямая запись отраженного от планеты сигна ла
достаточно хорошо повторяет сигнал, посланный к·
планете.
2И

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
РЕЗУJIЬTATЬl9 ПOJIY'IEHHЫE . ПРИ
�·РА З Г ОВОР АХ>> С ПJIAHETАМИ
С помощью радиолокации планет была уточнена
Астрономическая единица. Локацией Венеры в 1961 г.
установлено , что Астрономическая единица равна
149 599 300 км. Возможность ошибки пе 11ре1Jыша­
ла ±2000 км. Повторная радиолокация Венеры в
1962 г. позволила уменьшить эту неопределенность
и уточнить значение Астрономической единицы: оно
оказалось 149 598 100 ± 750 км. Выяснилось , что
до локации 1961 г. величина АЕ была известна с
точностью О, 1 % . Мы уже говорили , что такая
точность недостаточна для вождения космических
кораблей.
При локации Венеры был определен коэффициент
отр ажения от поверхности этой планеты. Оп оказался
12-18% . Это означает, что па поверхности Венеры
есть твердые породы , близкие по свойствам к скальным
породам Земли.
В июне 1962 г. была проведена радиолокация Мер­
курия. Она подтвердила значение АЕ, полученное
при локации Венеры. Коэффициент отражения Ме\}ку­
рия равен 3- 7%. Годом позже такая же локация
была проведена из США. В феврале 1963 г. уставов­
nева из СССР радиолокационная связь с Марсом. В это
время Марс находился от Земли в 100 млн. км. Коэф­
!l�ициевт отражения оказался меньше, чем у Венеры,
но временами достигал 15% . Радиолокационны е дан­
ные показывают, что .на Марсе есть ровные горизон­
тальные участки размером более километра.
Дальнейшее усовершенствование планетного лока­
тора позволило в сентябре - октябре 1963 г. провести
локацию планеты Юпитер - самой большой планеты
солнечной системы. Юпитер в этот период находился
в 600 млн. к.ч от Земли. Радиовол ны, посланные к Юпи­
теру, возвращались на Землю через 1 час 6 минут ,
пройдя 1 м лрд. 200 млн. км . Коэффициент отражения
поверхности Юпитера более 10 % . Эксперимент пока­
зал , что радиосвязь возможна и на расстоянии в не­
сколько сот миллионов километров.
Все эти исследования имеют большое значение в
ооооевии космического пространства. Недалек тот
день , когда космический корабль , покинув Землю ,
устремится по точно рассчитанному маршруту к одной
из плавет солнечной системы. Космонавты будут воору­
жены всем необходимым, чтобы поддерживать связь с
Землей.
Экспериментальная радиосвязь через Венеру впер­
вые в мире произведена в Советском Союзе. Она дока­
зала возможность падежной радиосвязи с далеко уда­
ленными от Земли планетами и космическими кораб­
лями. И символично , что первое государство рабочих
и крестьян послало в космос и приняло обратно самые
понятные и близкие всем людям слова, с которыми
человечес.тво связывает свои надежды на прекрасное
будущее: •• МИ Р», «ЛЕНИН», с<СССР>>.
•
П О.JIУПРОВОДНИКИ
В современной технике много чудес , о кото­
рых совсем недавно можно было только мечтать.
Пр едст авьте себе радиоприемник , к от орый спря­
тан в пилюле , похожей на лекарственную . Ее
можно пр оглотить, и пойдут радиосигналы
пр ямо из желудка , они расскажут врачам о со­
стоянии внутренних органов больного .
Приборы космического корабля питаются
электрическим током от маленьких темных
пластинок, сложенных в виде щита . Солнечный
свет падает на пластинки и превращается в
электрическую энергию .
Существует устройство , которое зимой обо­
грев ает дом за счет мороза, а летом охл а ждает
его за счет уличной жары. Со зданы термомет ры
в еличиной с булавочную головку, холодил ьники
ве больше наперстка и многие другие удиви­
тельные и поле зные пр иборы .
Во всех этих приборах действуют полупр о­
водниковые мат ериалы .
Полупр оводники широко и многообразно
применяются в современн ой технике. R ним
относится много веществ : кристаллы германия ,
кремния , селена , углерода , разнообразные спла-
246
вы и окислы . Есть полупроводники стекловид­
ные и даже жидкие .
Наука о полупр оводниках появилас ь совсем
недавно . И сейчас во всем мире исследуются их
свойства . В нашей стране этой проблемой зани­
маются многочисленные коллект ивы спец иалис­
тов, в том числе целая школа ученых , с оздан­
ная к рупне йшим советским физиком академиком
А. Ф. Иоффе .
llPOBOДHИ ltИ И ИЗОJIЯТОРЫ
Медная проволока хор ошо пр оводит элект­
рический ток . Поэтому мед ь, как и другие ме­
таллы , называют пр оводником . А фарфор овый
ролик или какой-нибуд ь предмет из ре зины ,
эбонита не пр опускают ток . Это - изоляторы .
Люб ое вещество построено из очен ь боль­
шого количества атомов . А в каждом атоме
есть сравнительно массивное , положительно за­
ряженное ядро, вокруг которого кружатся
электроны - легкие частицы , несущие от­
рицател ьны й заряд . И вот оказывается , что

ПОЛУПРОВОДНИКИ
Рис. 1 . Электрон ы в проводнике : а - « свободные» электрон ы образуют
в металле электронный rаэ, б - под действнек электрическоrо поля элек­
троны двиrаются к положитель ному полюсу - течет ток .
Рис. 2. В изоляторе нет электро ииоrо
rаэа. Все электроны связаны в атомах, и
электрическое поле не может создать ток.
наружные, так называемые валентные элект­
роны атомов (те самые , что создают химические
связи) ведут себя в проводниках иначе, чем
в изолятор ах.
В металле валентные электроны не удержи­
ваются у атомов , соскакивают с них и свободно
блуждают , образуя внутри металла своеобраз­
ный электронный газ . Правда , частицы этого
газа - электроны - не могут уйти из металла.
Общее притяжение положительно заряженных
ядер надежно удерживает электронный газ
внутри металлического пр едмета. Можно счи­
тать, что валентные электроны там обобществле­
ны : принадлежат сразу всем атом ам вместе,
а н е каждому из них в отдел ьности.
Стоит прижать металлическую проволочку
к полюсам электрической батареи , как частички
электронного газа подхватываются электри­
ческим полем и устремляются к положительно­
му полюсу . По металлу нач инает течь электри­
ческий ток (рис . 1) .
Из школьных опытов читатель, вероятно,
помнит, что при нагревании проводника его
эл ектропр оводность падает . Спир аль электри­
ческой плитки сразу после включения в сет ь
обладает значительно меньшим сопротив лением ,
чем когда докрасна раскалится . Как это можно
объяснит ь?
Электр онный поток в металле пробивается
через кристаллическую решетку атомов , ли­
шенных внешних электронов . Но ведь атомы
не стоят неподвижно. Чем выше температура,
тем сильн ее колеблется решетка . И электрон­
ному потоку асе труднее пробиваться сквозь
нее , ибо раскачивающиеся из стороны в сторо­
ну атомы сбивают электроны с пути .
В фарфоре, как и в любом другом изоляторе,
дело обстоит иначе . Электр онного газа там нет ,
атомы крепко удерживают свои внешние элект­
роны (рис . 2) . В изоляторе нечему переносить
ток. Правда , если очень сильн о разогреть изо­
лятор , его иногда все же можно сделать электро­
проводным : при интенсивном тепловом дви­
ж ении атомы начнут терять валентные элект­
роны , которые и станут носителями тока. На
этом принципе , кстати сказать, устроены «гра­
дусники)), измерюпщие очень высокую темпе­
ратуру (выше тысячи градус ов).
�.JIERTPOHЫ В ПО.JIУПРОВОДНИRЕ
Полупроводники занимают пр омежуточное
пол ожение между пр оводниками и изоляторами .
Пр� низкой температуре большинство внешних
электронов в полупр оводнике «сидит» в атомах
па своих местах . Но связаны они с атомами
слабее , чем в изоляторе. Участвуя в тепловом
движении, атомы раскачив аются и теряют
наружные электр оны . При нагревании полу­
проводника в нем увеличивается количество
электронного газа, т. е. свободных электр онов ,
способных переносить электрический ток .
Значит , полупр оводник при нагревании не
уменьшает, как металл, а, наоборот, увеличи­
вает свою электропроводность (рис . 3) . В этом
заключается важный физический признак лю­
бого полупр оводникового материала .
Хар актерна и другая особенност ь. Оказы­
вается , в полупр оводнике переносят т ок не
только оторвавшиеся от атомов электроны , но
и электр оны , которые сравнительно с лабо свя-
24'7

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Р11с. 3 . В полупроводнике электроны могут срываться с внеш­
них оболочек атомов и эаиИ1
11
ать места на внешн их оболочках
других атомов. При иаrреваинн полупровод ника такой про цесс
становится интенсивнее, и электропроводность полупровод-
ника увеличивается .
з авы с атомами и могут освобождаться под
действием тепловых колебаний и ли под дейст ­
вием электрического поля .
В куске полупр оводника, соединенном с по­
люсами электрической батареи , атомы кристал­
лической решетки колеблются . Электроны с них
срыв аются , тотчас подхватываются электри­
ческим полем и летят к положительному полю­
су. Но в каждом атоме , избавившемся от элект­
рона , остается как бы «свободное место». Оно
остается пустым лиш ь ничтожное мгновение .
Под действием электрического поля на него
сразу же переходит электрон с соседнего атома.
Не получая полную свободу , такой электрон
просто «меняет хозяина»; он стремится при этом
двигаться туда , куда его влечет электрическое
поле батареи . Но, «скакнув » на освободившее­
ся место, электрон-«перебежчию> освобождает
место, на котором был раньше . Туда т оже уст­
ремляется электрон с более далекого атома .
На место этого электрона «соскакивает» с со­
седнего атома следующий электрон и т. д. Сло­
вом, стремясь к положительному полюсу бата­
реи , электроны как бы «скачут» по атомам . Это
создает значител ьную добавку к обычному
электронному току , текущему через полупр о­
водник . Такая добавка на зыв ается «дыр очным»
током. А «свободные места», по которым «пры­
гают» в атомах связанные электроны , физики
именуют «дырками» .
Вот сравнение, которое поможет лучше уяс­
нить, в чем сущность понятия «дырки». В теат­
ре с идит публика . Зал з аполнен до отказа.
248
Но вот кто-то, сидящий с краю на пер вом
ряду, уходит, оставляя пустой стул . Это и
есть дырка. На освободившееся мест о тотчас
пересаживается зрите.11ь из второго ряда , ос­
тавляя пустой стул (дырку) уже во вто р ом ря­
ду . Снова пересадка - и свободное место (дыр­
ка) перекочевала в третий ряд . Та к, зр ители
один за другим передвигаются к сцене , а пуст ое
место тем временем отодвигается назад (рис . 4) .
В полупроводнике ды рка ведет себя подобно
пустому месту в театрал ьном зале. Когда по
полупроводнику течет ток , электр оны и ды рии
бегут в противоположных направлениях.
И вот что существенно : дырки движутся
к отрицател ьному полюсу , т. е . иаи частичии ,
несущие положител ьный элеитричесиий заряд .
Закономерности движения дырои таиовы , что
этим <m устым местам» физики условно припи­
сывают и заряд (равный заряду элеитрона , но
Рис. '· Электроны в полупроводнике - как арнтелн в театраль­
н ом аале; п ересаживаясь со стула на стул поближе к сцене,
овв перемещаются в одну сторону. А дырки, как освободив-
шиеся мест а, движутся в другую сторону.

положител ьный) , и «эф­
фективную массу» : пр и­
нимают для удобства рас­
четов , что ды рки обла­
дают определенной мас­
сой (немного большей,
чем у электр онов , по­
тому что дырки не так
подвижны , как элект­
роны) .
Выходит , что пове-
дение дырки во всем
подобно поведению ма­
териальной частицы с
самым маленьким в при-
роде положительным за-
рядом . Принято считать ,
что эта «частица» , как
Кварцевая
трубка
Коn ьцевая печь
движется
ОЧИСТКЕ
ПОЛУПРОВОДНИКИ
част от ы
и свободный электрон ,
Рис. 5 . Схема уст ановки для очистки rермци11я зонной плавкой .
служит в полупров од-
нике носителем электрического тока. · Разуме-
ется , надо помнить , что дырка понятие чисто
условное. Это совсем не настоящая частица .
На самом деле в ней нет ни заряда , ни массы.
Пользуются понятием «дырки» лишь ради удоб­
ства, чтобы избежать сложных и громоздких
рассуждений .
Н3ГОТОВЛЕННЕ
ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Стоит ввести в чистый полупроводник совсем
небольшое количество другого химического эле­
мента , как появляется либо избыток электронов ,
либо избыток дырок . Например , закись меди
обогащается электронами , если меди в ней боль­
ше «нормы�>, если же в ней есть «лишний�> кис­
лород - дырками . Происходит это потому, что
атомы кислорода оттягивают на себя электроны
и создают избыток дырок , а атомы меди , наобо­
рот, отдают свои электроны, создавая избыток
электронного газа. Те полупроводники , в ко­
торых основные носители тока- электроны , на­
зываются электронными.Аматериалы
сизбыткомдырокименуютсядырочными
полупроводник ами .
Изготовить полупроводник - дело очень
нелегкое. Главная трудность - в очистке ма­
териалов . Например , полупроводниковый кри­
сталлический германий надо так очистить ,
чтобы на миллион ero атомов приходилось не
более одного атома примесей. Еще большей чис­
тоты требуют физики от кремния : на миллиард
атомов не больше одного чужого! Современная
техника справляется с такой очисткой мате­
риалов . Для этого применяют разные методы .
Химики давно подметили, что кристалл
всегда чище жидкости (раствора или расплава) ,
из которой он выращен . Ведь в кристаллическую
решетку встраиваются без помехи только ато­
мы, принадлежащие веществу кристалл а. Для
других атомов в кристалле нет «подходящего
места» , и если они иногда «принимаются в
строй�>, то лишь в виде исключения . Поэтому,
например , лед на поверхности моря менее со­
леный, чем морская вода .
Следовательно , чтобы очистить полупровод­
ник , можно сначала р�спл авить его , а затем
выр астить из распл ава кристалл. Если эту опе­
рацию повторить многократно , с каждым разом
кристаллы будут пол учаться все чище и чище .
Та�ое выращив ание кристалл а - дело совсем
не простое. Посуда для распл ав а должна быть
жаростойкой и идеально чистой . На всем про­
тяжении процесса должны быть обеспечены
определенные , строго регулируемые условия .
Кристаллизация - капризный процесс , и уп­
равлять ею нужно с исключительной аккурат­
ностью .
Германий до кристаллизации подвергают
так называемой зонной плавке (рис. 5) . Длин­
ный германиевый слиток , положенный в гра­
фитовую лодочку, помещают в кварцевую труб­
ку, из которой удален воздух (или заменен
инертным газом) . Трубку охватыв ает кольцевая
высокочастотная электропечь , которая в каж­
дый момент воздейств ует на сравнительно узкий
участок слитка. Включается ток, высокочастот­
ное поле расплавляет полупроводник . В твердом
249

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИ Я
Рис. 6 . Установка
для вытягивания мо­
нокристаллов герма-
ния из расплава.
Рис . 7 . Слитки германия (нсрхиий) и кремния (нижний) , по ­
лученные выращиванием кристалла. Величиной они сравнимы
с карандаш ом .
слит:ке пол учается жид:к ая перемыч:ка. Кольце­
вая эле:ктропечь медленно (нес:коль:ко санти­
метров в час) продвигается вдоль труб:ки. Вмес­
те с ней дв ижется в слит:ке и распл авленная
зона . Позади этой зоны , в затв ердев ающей
части сл ит:к а, германий о:казывается очищен­
ным, потому что примеси переходят в зону рас­
плава. Та:к эти примеси отгоняются :к др угому
:концу слит:к а.
Зонная плав:ка, даже повторенная много
раз , еще не обеспечивает нужную чистоту полу­
проводни:ка. Германий надо подвергнуть :крис­
таллизации в атмосфере очищенного водор ода .
Слито:к , пол ученный посл е зонной плав:ки , рас­
плавляют на этот раз цели:ком в идеально чистом
200
тигле. В расплав опус:кают затраВ]\У - :кро­
шечный :кусочек очень чистого германиевого
кристалл а (рис . 6) . Затравку медленно подни­
мают и на ней «намерзают» слои очищенного
полупроводни:ка . При этом затравка плавно
поворачивается во:круг своей оси , а тигель так
же плавно поворачив ается в другую сторону.
Поэтому выращенный :кристалл приобретает
прав ильную цилиндричес:кую форму (рис. 7) ,
и в нем равномерно распределены оставшиеся
еще в германии примеси . С:корость кристалли­
зации (вытягив ание затравки и ее вращение)
регулир уется очень тщательно - этим тоже
достигается равномерность очистки. Так же
:ка:к и зонная плавка, :кристаллизация прово­
дится несколь:ко раз.
Еще трудн ее очистить кремний. Графитовые
тигли для этого непригодны : они недо статочно
жаростойки (темпер атура плавления у чистого
кремния примерно 1400°Ц). Пользуются св ерх­
чистыми кварцевыми тиглями или вовсе обхо­
дятся без тиглей : в вертикально у:крепленном
слит:ке ведут так называемую бестигел ьную
зонную плав:ку (рис. 8) - перекристаллиза­
цию «на весу». А это очень тр удный и тон:кий
процесс.
В много:кратно очищенный материал добав­
ляют уже другие , но нужные примеси. Так по­
лучают полупроводники с самыми разнообраз­
ньши свойств ами и назначениями. Ничтожные
добав:ки разл ичных веществ прев ращают элект­
ронный полупроводни:к в дырочный , и наоборот.
Тем же способом можно в сотни , в тысячи раз
изменять эле:ктропроводность этих материалов
и регулировать другие их свойства.
ТЕРl\I ИСТОРЫ
Самая простая особенность полупроводни­
:ка - яр:ко выраженная зависимость его элек­
тропроводимости от температуры. Чем сил ьнее
нагрет полупров одни:ковый материал , тем обиль­
нее в нем освобождаются эле:ктроны и образу­
ются дыр:ки , тем лучше он проводит ток . Поэто­
му из пол упроводников делают простые и надеж­
ные эле:ктротермометры. Их называют термосоп­
ротивлен иями ш1 и термистора ми (рис. 9).
Каких только термисторов сейчас не встре­
тишь на наших заводах , в научно-исследова­
тельских институтах , в больницах и даже в
:колхозах! Есть ,
например , многометровые
штанги , :которыми удобно проверять темпер а­
туру где-нибудь в гл убине наполненного зерном
элеватора. Есть термисторы, похожие на :кии-

Расп павпе ннаи
з она
Зажим
о:
"
:i:
"
ф
а.
"'
Кварцевая труба
Ине ртные газы,
водород ипи
вакуум
Нагре ват епь
(инду ктор)
ПОЛУПРОВОДНИКИ
ствительные элементы термисторов можно вво­
дить прямо в кровеносный сосуд!
Инженеры ставят термисторы в машины,
чтобы вовремя получить предупреждение о чрез­
мерном разогревании детали. Очень широко
начинают применяться эти приборы в авто­
матике, всюду , где нужно поддержив ать по­
стоянную температуру или связанные с ней
физические явления (например , влажность , ско­
рость движения газа) .
Чувствительность некоторых полупроводни­
ковых термометров настолько велика, что на
их основе строят особые приемники лучистой
энергии - болометры. За несколько километ­
ров они могут уловить тепловое излучение
горящей папиросы и даже тепловые лучи , ис­
пускаемые человеческой кожей . От хорошего
болометра не укроется ничто - темной ночью
в заснеженной степи он отыщет замерзающего
ч еловека , в ненастном небе без радиолокатора
найдет невидимый самолет .
Рис . 8. Схема установки для бестигель ной зонной очистки
МАШИНЫ Ч У ВСТВУЮТ СВЕТ
кремния.
Рис. 9 . Терм истор действует так же , как 11 обычная терм опара,
т. е . спай двух полосок из раЗJ111чн ых металлов. При нагреве
стыка полосо1\ возникает ток. Е го направление зависит от того,
како й из стыков нагревается.
жалы. Их втыкают в почв у, чтобы узнать , на­
сколько нагреты разные ее слои . Миниатюрны­
ми полупроводниковыми электротермометрами
агрономы измеряют , как нагревается повер х­
ность листьев раст ений (рис. 10) , а врачи -
температуру 1ш жи больного . Крошечные чув-
Есть полупроводники , которые «чув ствуют»
свет . Световая энергия вызывает в них избыток
носителей тока - электронов и дырок .
Давно уже перестали быть редкостью проч­
ные и миниатюрные полупроводниковые «гла­
за» - фотосопротивления . Они идут в технику
на смену хрупким и дорогим стеклянным фото­
элемента м и надежно работают в различных
автоматических устрой-
ствах . Можно , напри­
мер , заставить падать
на фотосопротивление
тень от деталей , прохо­
дящих по зав одскому
конвейеру, и таким об­
разом подсчитывать ко­
личество в ыпущенных
изделий.
Рис. 10. П олупроводни­
ковы й
«Градусник» ­
пиромет р - прибор для
измерения температ уры
поверх нос тей .
251

Д ВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Фотосопротивл ения умеют оценивать каче­
ство шлифовки , окраски изделия . Часто при­
меняются они в аппаратах техники безопасно­
сти . Стоит рабочему сл учайно попасть рукой
в опасное место машины, как на фотосопротив­
ление падает тень , и ток , текущий через него ,
прекращается , что сл ужит командой для немед­
ленной автоматической остановки машины .
С помощью миниатюрных фотосопротивле­
ний сконструирована в ССС Р интересная «чи­
тающая машиню> для слепых . Ее чувствитель­
ный элемент , двигаяеь вдоль строки книги ,
улавливает очертания букв печатного текста .
Электрические сигналы преобразуются в дви­
жения маленьких стерженьков , которые слепой
ощущает пал ьцами . Человек , лишенный зре­
ния , получает возможность читать обычные
книги , а не только выпуклые тексты , спецю;�ль­
но изготовленные для слепых, как это было
прежде .
Фотосопротивления , как и термисторы, мо­
гут обладать очень ВЫС'Око·й чувствительностью .
Прибавьте к этому надежность и прочность ,
и вы поймете , как ценны эти приборы для тех­
ники .
НАГРЕВАТ ЕJIИ И СВЕТИ.JIЬНИRИ
Представьте себе электрокипятильник для
воды в виде небольшой трубки , которая наде­
вается прямо на водопроводный кран. Трубка
сдел ана из стекла, на которое изнутри нанесена
тонкая пленка полупроводника . Когда через
пленку идет ток , полупроводник сильно разогре­
вается и струя воды в трубке закипает . Вы от­
крываете кран и спустя секунду из трубки
льется иипяток!
Некоторые пол упроводники создают при
электрическом воздействии яркое свечение .
Явление объясняется просто : электрическое
поле воссоединяет эл ектроны с дырками . Элек­
троны как бы <ш роваливаются» в дырки . При
этом освобождается энергия , которая и выде­
ляется в виде света . Физики пытаются на этой
основе создать экономичные, удо бные св етиль­
ники , плоские телевизионные экраны (рис. 11)
и многое другое.
Существуют полупроводниковые материа­
лы, которые светятся от воздействия потока
электронов , рентгеновских и ул ьтрафиолетовых
лучей . Эти вещества - отличные покрытия для
экранов рентгеновских установок , телевизион­
ных трубок , ламп дневного св ета . Люминофо­
ры - светящиеся материалы, которые в наши
26)2
Рис. 11. Примерно так будет выглядеть плоский
теле визионный экран .
дни все шире входят в технику, в быт , даже
в искусство,- это не что иное, как полупро­
водники .
Из полупроводников теперь делают счетчики
радиоактивных частиц, всякого рода индика­
торы и ук азатели, которые светят непрерывно
десятки лет, питаясь энергией радиоактивного
распада какого-либо вещества. Известны, нако­
нец, полупроводники , которые способны как
бы заряжаться св етом, а потом отдавать его
по электрической «команде» .
ЗАПИРАЮЩИJi CJIOJi
До сих пор мы говорили о техническом при­
менении полупроводников какого-либо одного
в и да - либо электронных , либо дырочных . Но
есть устройств а, в которых сочетаются оба вида
полупров одников .
·
Представьте се бе полупроводник , в котором
как бы срослись два слоя с разными примеся­
ми - электронный и дырочный . Из электрон­
ного слоя в дырочный продвигаются благодаря
диффузии электроны . Они оставляют пустые
места в атомах - дырки . В дырочном же слое
электроны-приш ельцы <ш роваливаются» в дыр­
ки, к оличество которых поэтому уменьш ается .
За границей раздел а получается с дырочной
стороны избыток электронов , а с электронной -

избыток дырок . В конце концов наступит рав­
новесие, количество электронов-перебежчиков
и дырок-перебежчиц уравняется . И тогда в ды­
рочном сл ое у самой его границы возникнет
ряд отрицател ьн ых зарядов , а в электронном -
ряд пол ожител ьных зарядов . Между дв умя
разноименными зарядами , как между обклад­
к ами заряженного конденсатора, появится
электрическое поле. Оно будет направлено
против новых «нарушителей: границы» . В элек­
тронном сл ое это поле станет задерживать
электроны , стремящиеся перейти границу -
оттолкнет их обратно . А в ды рочной области по­
граничное поле оттолкнет обратно новых пере­
бежчиц- дырок . Движение зарядов через границу
прекратится . На границе возникнет запираю­
щий слой , преодолеть который носители тока
не смо гут без помощи внешнего электрического
поля . Этот запирающий слой - основ а многих
ценнейш их аппаратов и приборов .
ВЫПРЯМНТЕJIН
Техника наших дней широко пользуется
11 ыпрямителями - устройствами , которые пре­
образуют переменный электрический ток в по­
стоянный. Чаще всего это особые радиол ампы -
кенотроны. Их можно найти в любом сетевом
радиоп риемнике. Главными частями мощных
выпрямителей для радиостанций , электропла­
вильных печей , электровозов были до недавних
пор мотор-генераторы или приборы газового
разряда - ртутные лампы . Такие устройства
громоздки (для мощного мотор-генератора стро­
ят целое здание) , неэкономичны , часто выходят
из строя .
Теперь появились полупроводниковые вы­
прямители с запирающим слоем. Они проч­
ны, надежны , миниатюрны и вместе с тем ре­
кордно экономичны.
Пограничное электрическое поле в полупро­
воднике, ·состоящем из дырочной и электронной
областей , существует всегда, независимо от того ,
подведены провода от электрической батареи
к разным частям полупроводника или нет (рис .
1 2, а). Но внешнее поле сильно влияет на внут­
реннее поле запирающего слоя .
Е сли к электронной части полупроводника
подвести положительный полюс батареи , а к
д ырочной - отрицательный , то направление
электрическо го поля батареи совпадет с на­
правлением внутреннего поля в запирающем
сл ое. Это расширит запирающий сл ой, и ток
через прибор не пойдет (рис. 12, 6) . Образно
•
•
•
•
•
ПОЛУПРОВОДНИКИ
Рис. 1 2. На границе электронного и дырочного полупровод­
ников возникает запирающий слой . Он пропуекает ЗJ1ектриче­
скиii ток лишь в том направлении , при котором электроны и
дырки движутся навстречу друг другу.
говоря , внешнее поле усилит «стражу погра­
ничников» - электронов и дырок.
А если поменять местами полюсы батареи ,
то поле батареи и поле запирающего слоя будут
направлены в разные стороны . Сильное поле
батареи переборет слаqенькое поле запираю­
щего слоя , «стража пограничников» - элек­
тронов и дырок - будет сметена , и через при­
бор потечет ток (рис. 12 , в) .
·Т еперь подведем к прибору переменное
внешнее поле, т. е . такое поле, направление кото­
рого беспрестанно меняете.Я. Запирающий слой
станет то расш иряться , то пропадать. При его
расш ирении ток через полупроводник не будет
идти , а в моменты исчезновения пойдет. Значит,
дв у хслойный полупроводник пропустит ток
лишь в одну сторону и , следовательно, в ыпря­
мит переменный ток , превратит его в по­
стоянный .
Купроксные (на закиси меди) и селеновые
выпрямительные устройства уже давно приме­
няются в технике. Сейчас внедряются мощные
выпрямители из германия и кремния . Их, на­
пример , ставят на электровозы. В ближайшие
годы во мн огих отра·с:л ях техники полупровод­
н иковыми выпрямителями будут вытеснены до­
рогие и ненадежные кенотроны , ртутные колбы ,
мотор�генер аторы.

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
КРИСТАЛЛЫ И ЛАМП Ы
Простейший полупроводниковый выпрями­
тель был широко распространен еще лет 30-
4() назад , на заре радиов ещания . Речь идет
о детекто ре - сердце детекторного радиопри­
емника (рис. 13) . Кристаллик детектора пре­
образовывал быстропеременные электрические
колебания , пойманные антенной , в пульсирую­
щие постоянные токи , которые в наушниках
рuждали звук .
Конечно , в те времена детекторы работали
не очень хорошо. Включая приемник , прихо­
дилось проволочкой нащупыв ать на кристалле
место с хорошим запирающим слоем - «чув­
ствительную точку» , которая то и дел о сбива­
лась . Многие изобретатели старались ул учц�ить
детектор. Занимался этим и сотрудник Ниже­
городской радиол аборатории О. В . Лосев . Со­
четая в схеме два детектора, он научился слегк а
усиливать радиосигналы И возбуждать электри­
ческие колебания . Радиоприемники Лосев а ·­
«кристадины» - долгое время были попул яр­
ны . Но потом , когда детекторы уступили место
радиолампам , о кристадинах забыли .
Несколько десятилетий радиолампы безраз­
дельно господствовали в радиотехнике. Осваи­
вая и сов ершенствуя их , радиотехника добилась
огромных успехов. С участием радиоламп раз­
вились радиов ещание , телевидение, радиоло­
кация , автоматика , телемеханика . Появилась
новая обширная область технической физики­
электроника.
Но постепенно становилось ясно, что радио­
лампы далеко не безупречны . Хрупкие, недол­
говечные, неэкономичные , они все меньш е удов­
летворяли конструкторов . И тогда вспомнили
о полупроводниковом детекторе. Возникла идея
заменить стеклянный пузырь радиолампы твер­
дым полупроводниковым камешком .
Немало усилий потратила наука, чтобы
«научить)) детектор новым «профессиям» . Надо
было создать сочетание полупроводниковых
кристаллов , способное не только выпрямлять
токи, но и в широких предел ах усиливать
и
возбуждать
электрические колебания .
В 1948 г. проблема была решена. Американцы
Бардин и Браттейн создали первый полупрu­
родниковый усилительный прибор .
JIОЛУПРОВОДНИКОВЫii ТРИОД
Кристаллический усилител ь : слабым сиг-
налом
отпирает запирающий сл ой для
254
8
Эnектронно·
дырочныА
nереход
6 Рис. 13. Детекторы : а, - такими
были детекторы �О лет назад;
6 -размеры современиоrо детекто­
ра -меньше спички ; в - схема по-
лупроводниковоrо детектора.
мощного то1<а. Представьте себе крошечный
кусочек кристаллического полупроводника -
германия .
У него электронная проводи­
мость . На верхней грани нристалла специ аль­
ной обработкой (введением примеси) создана
область с дырочной проводимостью . Между
дырочной и электронной областями образуется ,
как всегда , запирающий сл ой. Кристаллик
снизу припаян :к металличесной пластин:ке -
:к базе, а сверху к нему присоединены рядыш­
ком дв е проволочки - эмиттер и :коллектор .
Вот и весь прибор . Он называется полупровод­
никовым триодом или транзистором.
Когда нужно усилить очень слабый сигнал ,
его можно включить в прибор по-разному.
Например , источник сл абого сигнала подкл ю-
ДыроЧныА
�)Сюда 11одводнт
ноnебання,
которые
XOTRT
усиnить
Ды рочныА
Коллектор
��Здесь nоnучамн
усиленные
колебании
Рио. f4. Одна из npocтeltmиx схем включения транэвотn ра
(полупроводниковоrо триода) для тоrо , чтобы усилить слабые
алектрические сиrиалы.

чается к эмиттеру и к
базе в «пропускном»
напр авлении запираю-
щего слоя («ПЛЮС)) -
к дырочной области) .
А в цепи базы и коллек­
тора включается соп-
ротивление и батарея в
«запретном» направле­
нии запирающего слоя
(к дырочной области ­
«минус») .
Пока сигнала в це-
пи эмиттера нет, в це­
пи коллектора ток то­
же не идет: его не пу­
скает запирающий слой
(рис. 15, а) . Но вот сиг­
нал подан . Через эмит­
тер в среднюю (дыроч-
ную) область кристалла
входит импульс электри-
ческого поля (рис. 15, 6) .
Он сметает запирающий
слой , делая его элек­
тропроводным и для
«запретного» направле­
ния . Между коллекто­
ром и базой возникает
на мгновение как бы эле­
ктропроводный мостик ,
и по нему пробегает
усиленный
импульс.
:Когда этот м1·новенный
импульс пройдет ,
у
эмиттера и коллектора
восстанавливаются за­
пирающие сл ои . Так
еле заметные сигналы,
проходящие между ба­
зой и эмиттером , воз­
буждают в цепи кол­
лектор а и батареи мощ­
+
+
ПОЛУПРОВОДНИКИ
Уснnенноrо
снrнаnа нет
Управпя�ощнА снrнап не вкпючен
о
о
р
Эмиттер
о
•
о
.
-·
"0--
-+-
--
•Р
•о
•
• БазаО
Ко,,
,.
ектор
,
(дыро чныА
попупроводннк)
tэпектронныА
(дырочныА
попупроводннк.)
попупроводн ик)
о
о
0--
-t-
--
·
о
••о
•
о
•
•
"'
слабыА
запир81ОщиА споА
эмиттер ·база"
нё пускает дырки
н з эмиттера в базу
о--
•
о
•
ttt tttt
МОЩНЫА
эапираюЩ1tА споА
"база-коллектор' '
не пускает электроны
из базы в коллектор
о
о
о
/�
-
-
::-.
..
.
/.
�
УсипенныА сн rнап есть
Вкп ючен спабыА упра впяющио:! си rнап
о
о
о
о
о
о
управпяюЩ1tм
снrнапом сметен
с пабыА эапнраюЩltА
слоА .эмиттер -база'.'
Дырки проникают
в базу. дрейфуют
к колпектору. . .
-�-+
+-
--+-
-
•
--1-
-if+-
-+-
-•
•
•.. попадают в
с
м
п"о':
::
:�:з:��������·
.
•
Спой разрушаетс я ,
делается электропроводным
н пропускает уснленныА
сигнал
+
+
Рис. 15 . Принцип действия транзистора : А-слабый импульс в цепи змиттера « вспрыск11ва­
ет» дырки в запирающий с.1ой ; Б- в зто" момент межд у базой и коллектором возни кает
сильный импульс , который делает запирающий слой электропроводя щим.
ный толчок тока. Происходит усиление сигналов . с небывалой точностью и чистотой . Другой
прюrер : созданы транзисторы (на основе кри­
сталлов алмаза) , способные безотказно дей­
ствовать ·при температуре в сотни гр адусов .
За последние годы создано множество раз­
новидностей транзисторов . Выпускаются кри­
сталлические триоды для больших токов , полу­
проводниковые тетроды и пентоды (приборы
с четырьмя и пятью контактами) , усиливающие
колебания высоких частот.
Разработаны полупроводниковые усили­
тели , действующие на совершенно новых прин­
ципах . Физики предложили , например , погру­
жать транзисторы в жидкий гелий . Там при
сверхнизкой температуре приборы действ уют
ПРОЧНОСТЬ, МИНИАТЮРНОСТЬ
Обходясь без радиоламп , удается делать
передатчики и приемники исключительно проч­
ными. Их можно смонтировать даже в обыкн о­
в енном слесарном молотке. Сколько ни стучи

ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ
Рис. 16. Ти пы современных транзисторов на сантиметровой
масштабной линейке.
таким молотком , радиоприбор не испортится ,
не перестанет работать . Радиостанцию на кри­
сталл ах можно вмонтировать в артиллерийский
снаряд , поставить на искусств енный спутни к
Земли , на межпл анетный корабль. Ей не сч'lаш­
ны ни самая сильная тряска, ни самые резкие
удары.
О чень ценна и миниатюрность полупровод­
никовых радиоприбор ов (рис. 16). Давно пе­
рестал быть редкостью приемник величиной с
портсигар, даже со спичечную коробку. Чита­
тель, немного знакомый с радиотехникой ,
без особых затруднений может построить
миниатюрный
полупроводниковый
прием­
ник (рис. 17).
Совсем крошечные полупроводниковые ра­
диостанции помещают в медицинских прибо­
рах . Таков , например , радиозонд для иссл едо­
вания внутренних орга��ов человека - это ма­
ленькая , вроде фасолины , «пилюля» , в которой
спрятан радиопередатчик на кристалликах. Че­
ловен проглатыв ает такую «пилюлю» , и она ,
блуждая по кишечнику, методично посыл ает
усл овные радиосигналы о состоянии внутрен­
них органов , о темпер атуре в них , давлении и т. д .
Рис. 17. В радиnпром ышленностн идет процесс «мию•атюрн­
зации» : а - радиоприемник , сконструированный из микро­
модулей в корпусе авторучки ; 6 - современный· мнниатюрный
приемник; в - теле визор «Спутник-2 » с полупроводн11ковыми
деталями в сравнении с авторучкой.
266
Огромную роль обещают сыграть полупро­
водни ки в развившейся за последние годы
электронно-вычислительной технике. Пона­
чалу в кибернетическ ие машины приходил ось
ставить сотни и тысячи . радиоламп , потому что
эти устройства «думалю> именно с помощью
радиоламп . Понятно , что ламповые машины
занимали большие комнаты , целые залы, даже
здания , к тому же часто портились, а при рабо­
те потребляли огромное количество энергии .
Н о когда появились полупроводники , электрон­
нс-счетные и управляющие машины были бы­
стр о «переучены» . Они стал и «думать» с по­
мощью кристаллических триодов и других по­
лупроводник овых · деталей . Кибернетический
«мозг» уменьшился во много сотен раз . Энергии
ему требуется теперь совсем немного .
ПЕРЕВОРОТ В РАДИОТЕХНИКЕ
Для миниатюрных радиоустройств на кри­
сталл ах изобретены и соответствующие им кро­
хотные источники питания , например батарей­
ки величиной с трехкопеечную монету. Благо­
даря скромному «аппетиту» полупров одников
такой батарейки им хватает на несколько меся­
цев . Строятся радиопередатчики, в которых
и сточник энергии сам передаваемый звук . Ч е­
ловек говорит в микрофон , звуковые колебания
преобразуются в импульсы ток а: одна часть
их поступает на усиление, а другая сглажи­
вается и питает усилитель энергией . Весь П ере­
датчик умещается в корпусе микрофона. Можно
использовать для питания полупроводнико­
вых радиоприемников и даже радиопередатчи­
:к ов э н ергию радиоволн . Если приемник на­
строен на какую-либо слабую ради останцию , то
энергия радиоволн другой работающей в это
же время мощной радиостанции тоже ул ав ли­
вается и используется на питание триодов уси­
лителя .
Переворот в радиотехнике вызван также
появлением
миниатюрных
радиодеталей :
индукционных катушек , сопротивлений, фер­
ритовых магнитных антенн величиной с ка­
рандаш , крошечных , но достаточно емких кон­
денсаторов . Р азвиваются техника . и техноло­
гия производства всевозможных радиоприбо­
ров . Вместо ювелир.н ой ручной сборки на
радиозаводах появились механизированные
конвейеры и автоматика.
Широко внедряется метод печатных схем :
радио аппаратура изготовляется своеобразным
типографским способом , словно открытки или

Рис. 18. Устаиовна м11нромодулей на плате.
почтовые марки . Интересная новинка - так
назыв аемые микромодули (рис. 18) . Это тон­
кие лист1ш , на которых отпечатаны диоды,
триоды , сопротивления и прочие элементы ра­
диосхем . Снладыв ая эти: листни в стопки , полу­
чают бесчисленные варианты радиоприборов .
Миниатюрность, энономичность и надежность
сочетаются в них с быстротой и легкостью мон­
тажа . Наю}нец , удается печатать сложнейшие
радиосхемы на непрерывных лентах. Работая
с ними , радиоконструнтор становится похожим
па портного-закройщика : из ленты вырезает
ножницами необходимые кусни и соединяет их
в нужном порядке.
З ЛЕКТРО а НЕРГИJI ИЗ ТЕПЛА
В дал еких деревнях и селах , в домах лес­
НИI\ОВ и бакенщиков можно встретить своеоб­
разную керосиновую лампу - «электростан­
цию» : она не толы\о св етит , но и вырабатыв ает
электрическую энергию . Устройство ее доволь­
но просто . Полупроводниковые брусочки смон­
тированы в виде трубки , которую надев ают
на унороченное ламповое стекло. Когда лампа
зажжена, грани брусочков , обращенные внутрь
трубочки , разогреваются тепл ом горячих га­
зов , поднимающи хся от пламени . Противопо­
ложные же их грани охл аждаются комнатным
воздух ом . И в результате в полупроводниновой
батарее рождается элентрическая энергия .
Батарея построена из брусочков двух ти­
пов - электронных и дырочных . Все они со­
единены попарно . Каждая пара спаяна метал­
лической пластинкой , образуя нечто вроде бук­
вы «П» (рис . 19). Место спая нагрев ается , а
против оположные гр ани брусочков охлаждают­
ся . Нагрев рождает избыток :цосителей тока ,
О17д.э.т.з·
ПОЛУПРОВОДНИКИ
причем в разных полупроводнинах разного
знака. В электронном брусочке осв обождаются
электроны, а в дырочном - дырни. У нагретых
граней возникает нак бы «толчея» носителей
тока, электроны и дырки перекочевывают к хо­
лодным граням - там «спокойнее» . В резу.'Iь­
тате у холодной грани дырочного брусочна воз­
никает положительный заряд, а отрицатедь­
ный - у холодной грани электронного брусоч­
ка. Если холодные грани всех пар соединить
проволокой , по ней потечет ток , возбужденный
с помощью тепла.
П РИМЕНЕНИЕ
ТЕРМО�ЛЕКТРОГЕНЕРАТОРОВ
Полупроводниновые термоэлектрогенера то­
ры будут , конечно , широко применяться в тех­
юш е. Ведь тепло в них превращается в элект­
роэнер гию непосредственно - совсем не тан ,
ка�\, снажем , на современных тепловых элект­
ростанциях, где работают паровые котлы , тур­
бины , электрогенераторы. В пол упров одюшовых
термобатареях нет никаких промеж уточ­
ных преобразов аний эuергии , ника�шх движу­
щихся частей . Как заманчиво было бы уста­
новить больш ую батарею
полупроводников
прямо в топке элентростанции!
Однако в наши дни такие устройств а при­
меняются лишь в маленьких приборах. Дело
в том, что они пока менее экономичны, чем
обычные турбины и котлы. Коэффициент по­
лезного действия термопары 6- 8% , а в лабо-
ДырочныА полупроводник
ЭлектронныА полупроводник
-
-
-
-
Рве. 19. Схема действия полупроводнвновоit термопары.
267

ДВИЖ ЕНИЕ И ЗНЕРГИЯ
раторных условиях около 10 % . Это , вообще
говоря , немало . Примерно таков же к. п . д .
у паровоза. Но все же это в несколько раз
меньш е , чем к. п. д . у современных тепловых
эJ1ектростанций.
Физ1ши стремятся сейчас усов ерш енств о­
вать пол упроводниковые термоэлектрогенера­
торы - повысить их мощность и экономич­
ность . Но и в нынешнем виде они могут при­
меняться довольно широко : там, где нужно
использовать так называемое низкопотенциаль­
ное тепло, т. е . теплоту, заключенную в массах
вещества со сравнител ьно невысокой темпера­
турой , - в дыме заводской трубы , в сбросной
воде завода . Значител ьное количество такой
теплоты сейчас бесполезно теряется , а с по­
мощь ю полупроводн иков она может быть пре­
образована в электроэнер гию . Кое-что в
'
этом
направлении уже сдел ано . Например , создан
термоэлектрогенер атор, вырабатывающий элек­
трический ток из тепла · выхлопных газов ав­
томобильного двигателя . Полученная та ким
способом энергия сразу же идет на подзарядку
аккумуляторов .
НОВЫЕ ХОЛОДИЛЬНИК И
С брусочками полупроводниковых термо­
пар можно делать странные на первый взгляд
превращения . Мы нагреваем их с одной сто­
роны, охлаждаем с другой, и они порождают
электроэнергию . А что , если просто пропустить
через них постоянный электрический ток? Тог­
да они с одной сто роны нагреются , а с другой
охладятся , ибо внешнее электрическое поле
перераспределит электроны и дырки , как бы
«растянет» их в разные места . Там, где воз­
никнет недостаток носителей тока, они начнут
образовываться заново, черпая на это энергию
из окружающей ср еды , и тем самым охладят ее.
Там же, где носители тока будут в избытке,
электроны станут воссоединяться с дырками,
энергия начнет выделяться в виде теплоты .
Таю1м образом , в брусочках возникнет раз­
ность темпер атур .
На этой основе в Институте полупроводни­
ков Академии наук СССР было разработано
несколько систем холодильников . В них нет
ни движущихся жидкостей , ни моторов , ни
компрессоров . В заднюю стенку холодильного
шкафа вмонтир ована небольшая плитк а, соб­
ранная из полупроводниковых термопар . Она
соприкасается с двумя радиаторами : один вы­
х одит наружу холодил'ьника , другой распо-
2&'»8
ложен внутри него . Полупроводниковый вы­
прямитель преобразует переменный ток эл ект­
росети и питает холодильник постоянным то­
ком. Холодильник действует , соверш енно не
изнашиваясь . По экономичности же последн ие
модели этих устройств не уступают обычным
холодильным установкам. С ейчас полупровод­
никовые холодильники успешно действ уют на
борту нескольких самолетов ТУ-104.
Способность полупроводников создавать
искусственный холод пригодится , конечно , не
только в быту. Для научных иссл едов аний соз­
даны холодильники-малют1ш величиной с на­
персток . Никаким другим способом их пост­
роить невозможно . Врачи надеются пол учить
от физиков холодильный полупроводн иковый
пластырь , даже охлаждающее устройство, пред­
назначенное для ввода в чел овеческое тело. Все
это под сил у технике наших дней .
НАГРЕВ ВМЕСТЕ С ОХЛАЖДЕНИЕМ
Стоит пер еменить направление тока через
полупроводниковую батарею - и холодильник
словно «выворачивается наизнанку» . Там , где
был недостаток носителей тока , теперь избы­
ток , и наоборот . Тепло и холод меняются ме­
стами . Греются уже не внешние, а внутренние
концы полупроводниковых брусочков . Из хо­
лодильника получается духовой шкаф. Разу­
меется , и эту возможность , совершенно недо­
ступную обычным холодильным аппаратам ,
техника охотно использует всюду, где необхо­
димо поддерживать постоянную темпер а тур у
или попеременно разогревать и охлаждать ка­
кую-нибудь деталь. Например , германиевые
полупроводниковые триоды плохо переносят
изменение температуры, поэтому их полезно
помещать в полупроводниковые же термостаты.
Войдя в жилой дом недалекого будущего , вы
увидите под подоконниками широкие пластины
радиаторов . Но ни парового , ни водяного отоп­
ления в этом доме не будет . Такие же пласти­
ны - и с наружной стороны стен . А между
внутренними и внешними радиаторами будут
установлены батареи полупроводниковых тер­
мопар . Пропуская через них постоянный ток
в определ енном направлении , мы заставим ком­
натный радиатор нагреваться . А лет ом, в жар­
кую погоду, ток включат в обратном направ­
лении . Комнатный радиатор вберет теплоту
окружающего воздуха и охладит помещен ие.
Такая система проста, надежна, гигиен ич­
на. Но гл авное ее достоинство - больш ая эко-

яомичность . Rомната станет обогрев аться не
rолько за счет энергии эле1<трического тока,
пропускаемого через пол упроводники. В ка­
кой-то мере отоплению поможет охлаждение
и без того холодного улично го воздуха . Ведь
он будет «работаты , отдавая свое тепло наруж ­
ному радиатору. Правда , при сильном морозе
«Переброска» тепл а в здание извне будет незна­
чительной . Но при температуре воздуха от
-5° Ц до + 10° Ц пол упроводниковый «тепло­
вой насос)> 1\t ожет принести больш ую пользу.
Первые отопител ьно-охл адител ьные полупро­
водниковые агрегаты уже созданы и испыты­
ваются .
ВЕНТИЛЬНЫJi ФOTO�JIEltlEHT
Среди наш�1х читателей , несомненно , есть
немало фотолюбителей, а из них многие зна­
комы с удобным прибором, определя ющим экс­
позицию при съемке, - с фотоэлектрическим
экспонометром . Вы открываете нрышку при­
бо ра, направляете его «глаз)> на предмет , кото­
рый хотите сфотографир·овать, и стрел ка на
шкале тут же показывает , какую надо сдел ать
выдержку. Прибор не требует никаких источ­
ников питания - батареек , аккумуляторов . Он
преобразует светов ую энергию в энергию элект­
рического тока, откл оняющего стрелку. Свет
прев ращается в ток .
Чувствительный элемент энспонометра сде­
лан из полупроводника селена , обл адающего
ды рочной проводимостью . Он лежит на сталь­
ной подложке. На внешнюю пове"рхность селе­
на нанесена тонкая пленка металла , например
золота . И эта добавка превращает поверхност­
ную область полупроводнина из дырочной в
электр онную .
В электронной области обстрел световыми
частицами (фотонами) освобождает из атомов
электроны . Они мечутся , сталкив аются и, «не
умеща ясы в тоненьком слое электронного се­
лена , уходят в пленну золота . Иного пути
у них нет , так как в дырочную область дорога
закрыта запирающим слоем . Поэто!\fу в пленке
золота накапливается избыток электронов -
отрицател ьный электрический заряд. Вместе
с электронами в электронной обл асти , естест­
венно , образуется и некоторое ноличество ды­
рок . Для них запирающий сл ой не преграда .
Положител ьный заряд - как бы «пропусю> для
прохода через границу. И благодаря этому
на стал ьной подложке возникает положитель­
ный заряд. Таким образом, энергия света создает
17*
ПОЛУП РОВОДНИКИ
разность потенциалов между противополож­
ными поверхнос·r ями полупроводниковой пла­
стинки. Если эти поверхности соединить про­
волочкой , возникнет электрический ток , кото­
рый будет течь , пока селен освещен . И ток
будет тем сильнее , чем сильнее освещение .
Такие вентильные, по терминологии физи­
ков , фотоэлементы известны уже давно . Они
широ1ю применяются в различных автомати­
ческих устройств ах: например , отлично справ­
ляются с анализом крови (фиксируют ничтож­
ное различие в количестве красных кровяных
телец) , непрерывно следят за насыщенностью
крови кислородом при хирур гических опера­
ция х и т. д. Однако до недавних пор у полу­
проводниковых фотоэлементов был очень низ­
кий коэффициент полезного действия - они
преобразовывали в электрическ ую энергию
лишь тысячные доли энергии падающего св е­
тового потока .
СВЕТ Р.\БОТ.\ЕТ
Несколько лет назад удалось создать фото­
элементы , способные преобразовыn<1ть в элект­
рический ток до 13 % энергии падающего св ета .
Элементы эти состоят из тонких пл астинок,
вырезанных из крупных , специально выращен­
ных кристаллов полупроводника кремния .
Rвадратный метр повер хности прибора, осве­
щенной солнцем , способен дать до 120 вт
электроэнер гии . В солнечный день батарея крем­
ниевых фотоэлементов Пл ощадью n половину
газетной страницы может питать , например ,
электро мотор стандартной швейной машины.
Цесмотря на трудность очистки и обработ­
ки кристаллов кремния , такие фотоэлементы
уже внедряются в технику. Созданы прием­
ники, передатчики и другие приборы, питаю­
щиеся. от солнечных батарей (рис. 20) . Выпу­
скаютс.я даже часы, «заводящиесю> светом ,
фото- и киноаппараты , которые не только сами
угадывают экспозицию , но и «солнечной силой»
устанавлив ают нужную диафрагму.
Солнечные батареи дают энергию теле­
фонным подстанциям . Построены модели меха­
низr.юв оросительных систем , «со.'Iнцемобилей))
и судов , использующих энергию солнечн ых
луqей. Представьте себе экипаж , который дв и ­
жется без всякого горючего лишь потому, что
освещен солнцем . Правда , наземные транспорт­
ные средства такого рода едва ли получат
сколько-нибудь
заметное
распространение.
Мощность солнечного изл учения для них все

ДВИЖЕНИЕ · И ЭНЕРГИЯ
Рис. 20. Радиоприемиини (а и 6) и часы (в) , работающие
на энергии, полученной от солнечного света.
же мала. Но, скажем , речные баржи , обладаю­
щие большой поверхностью , вполне способны
были бы дв игаться за счет энергии солнечных
лучей .
В наземном транспорте солнечные батареи
смо гут быть дополнител ьными и аварийными
источнИI>ами энергии. Если в автомобиле исто­
щатся аккумуляторы , то до зарядной станции
он «дотянет» на солнечных лучах, ул авливая
их :крышеИ - qютоэлемен том . R тому же на
любой дневной стоянке такой автомобиль будет
непрерывно набирать энергию в свои аккуму­
ляторы.
lt CO"IJHEЧ HOii �НЕРГЕТИКЕ
Особенно велика ценность полупроводни­
ковых «ловушек света)> для энергетики , кото­
рую принято назыв ать «малой)>. Солнечные
батареи дадут энергию в неэлектрифицирован­
ных районах: в горах , на островах, в тайге -
всюду , :куда трудно тянуть линию электропе­
редачи , а строить электростанции невыгодно .
Подсчитано , что , если на :крыше дома разме­
стить солнечные фотоэлементы , они обеспечат
энергией и отопител ьные электропечи , и :кухон­
ные плиты , и осветител ьные приборы - сл овом,
все бытовые нужды .А :кан заманчиво было бы
устроить солнечные фотоэл ементы в виде ткани ,
скатывающейся в рулон ! На привале геолог
или турист размотает такой :коврик , разло­
жит его - и готова электростанция . Можно
включить электроплитку, миниатюрный полу­
проводниковый холодильник или , скажем , со­
греть воздух в палатке.
260
На наших спутниках , ракетах , автомати­
ческих межпла нетных станциях солнечные ба­
тареи дают электрический ток радиостанциям
и другю\1 приборам бортовой аппаратуры
(рис. 21). Двигаясь :к Марсу или :к Венере,
межпланетный корабль летит в мощном све­
товом потоке незаходящего Солнца . И даже
при нынешнем :коэффициенте полезного дей ст­
вия солнечных батарей применение их на де­
сятки тонн снижает вес :космического :кораб.Ля.
Следует отметить, что современные :кремние­
вые фотоэлементы, по всей видимости , еще
не самые эффективные . Ученые пытаются их
усовершенствов ать и, гл авное, ищут новые
материалы, способные освоить бол ьшую долю
световой энергии, чем :кремний . Теоретически
возможно создать полупров одниковые солнеч­
ные батареи , превр ащающие в электрический
ток почти половину энергии падающего на них
света .
ПОЛУПРОВОДНИ КИ И ЖИЗНЬ
Рождение солнечной энергетики - начало
нового этапа в истории техники . До недавних
пор лишь растения могли задерживать , накоп­
лять и использовать энергию солнечного луча .
Все запасы ископаемого топлива в :конечном
итоге - «консервы солнечного св етю> , заготов­
ленные некогда зелеными листьями древних
растений. С помощью полупроводников чело­
век лишил природу этой монополии .
Между проч им, в зеленом листе , :как выяс­
няется , происходят явления , весьма схожие
с теми , :которые протекают в вентил ьных фото-
Рис. 21. Автоматичесная межпланетная станция получае-r
энергию от солнечн ых лучей .

элементах . С егодня в лабораториях с помощью
окрашенных полупроводников уже осуществ­
лен первый этап фотосинтез а - процесса, кото­
рый преобразует солнечный св ет в химическую
эн ергию живого веществ а, накапливает ее и
пит ает всю органическ ую жизнь Земли. Перед
наукой открылась заманчив ая перспектива -
применить искусств енный фотосинтез в широ­
ких масштабах . Предстоит научиться синтези­
ровать с помощью <:олнечного света сложные
органические со единения прямо · из простых
минеральных солей воды и воздуха , минуя
растения . Успехи физики пол упроводников
вместе с достижениями химии и биологии ведут
к решению этой пробл.емы .
Физика полуnроводников и в других обла­
стя х тесно соприкасается с наукой о жизни .
Электронные явления , сходные с процессами
в запирающих слоях , играют огромную роль
в физиологии нервной системы , а Природные
приспособления , подобные вентильному фото­
элементу,- в физиологии зрения .
ПОЛУПРО ВОДН ИКИ
Полупроводники приобретают большо е зна­
чение и для химии . Катализ - процесс, в ко­
тором малые добавки тех или инЬl:х веществ
резко ускоряют химические превращения ,­
оказыв ается , можно объяснить влиянием при­
месей на электронные явления 'в полупровод­
никах.
В биохимических реакциях катализатора­
ми служат сложные органические веществ а,
называемые ферментами , причем живая ткань
автоматически регулирует их состав и состоя­
ние. Так наш организм ведет управление раз­
личными жизненными процессами .
Необыкновенно широк охват учения о полу­
проводниках .
·Овладев ая полупроводн иками ,
ученые обогащают физику и химию , движут
к новым высотам техюrк у, раскрывают веко­
вые загадни биологии . Сегодня даже трудно
вообразить в полной мере грядущее развитие
физики полупроводников . С каждым годом
эти замечательные материалы будут прочнее
входить в нашу жизнь .
•

•••
'
••
•••
•••1'
••
-�·�
КАК и на ЧЕГО
ВЕЩЕСТВО
ПОСТРОЕНО
�JIEMEHTAPHЫE ЧА С Т ИЦЫ
МО.ЛЕКУ.Л Ы И АТОМЫ
Тела, хоторые кажутся нам сплошными ,
на самом дел е состоят из мельчайших час­
тиц - молекул (рис . 1). На ука установил а, что
молекулы состоят из еще более мелких час­
тиц - атомов . Химическими средствами -
сжиганием , действ ием кислот , щелочей и т. о. ­
можно толыю изменить сочетание атомов в
молекуле, но нельзя ничего сдел ать с самими
282
атомами . Поэтому с точки зрения химиков
атомы - это простейш ие частицы вещества.
Веществ а, построенные только из одного вида
атомов , химия так и называет простыми ве·
ществами или элемент ами . Сейчас известны 104
элемента . Стол ько же и разных видов атомов ,
отличающихся химическими свойствами .
Само название «атом» означает по-гречески
«неделимый» . Но с развитием науки атомы
потеряли право считаться простейш ими части-

цами веществ а. В своем победном шествии
атомная и ядерная физика разложила атом и
его ядро на более простые составные части - на
элементарные част ицы.
Изучение элементарных частиц вышло из
ведения химии и стало одним из важнейших
разделов сов ременной физики .
ВНУТРИАТОМНЫ Е ЧАСТll ЦЫ
Каждый атом состоит из ядра и электронов
(рис . 2 и 3) . Ядро несет положительный , элект­
роны - отрицательный электрический заряд.
Ядро атома состоит из дв ух видов элементар­
ных частиц : протонов и нейтронов (рис . 4) .
У протона положительный элеитрический заряд .
У нейтр она заряда нет ; иначе говоря , он
электрически нейтрален , потому он так и на­
зывается . Таким образом , все предметы , иото­
рые нас окружают, составлены всего из трех
видов элементарных внутриатомных частиц : из
протонов , нейтронов и электронов .
На первый взгляд кажется , что картина
мира резко упростил ась : вместо 104 видов
атомов - всего три вида элементарных частиц.
Но развитие науки богато неожиданностями :
как раз в тот момент , когда ученые окончатель­
но убедились , что мир построен из протонов ,
нейтронов и электронов , физики начали обна­
руживать в неожиданном изобилии , как грибы
Рис. t. Молекула угле­
кислого газа со•.
1
н
8одоРОА
1,0080
/
1
Э/I EKTPOH Q>- о
1
ЯДРО
\
'
'
Рве. 2. Схема атома водо­
рода.
после дождя , новые,
дотол е неизвестные ча­
стицы . Правда , элек­
трон , протон и нейтрон
не удалось разложить
на еще более простые
составные части . Эти
частицы
современная
наука относит к элемен­
тарным, т. е. простей­
шим, частицам. Но на­
ряду с ними открыто
много других элементар­
ных частиц, обладаю­
щих самыми удивитель­
ными и неожиданными
свойств ами . Даже фи­
зики , привыкшие ниче­
му не удивляться , так
и назвали некоторые
из этих частиц «стран-
ными частицами» .
Сейчас
известно
множество
различных
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
видов элементарных частиц. Из них только
три , о которых мы уже говорили, внутриатом­
ные, т. е . участвуют в построении атомов ,
а сл едовательно , и всех обычных тел . Осталь­
ные частицы совсем не похожи на частицы
веществ а в нашем обычном представлении .
В большинств е своем они неустойчивы и за
ничтожные доли секунды претерпевают самые
неожиданные превращения . Такие частицы
встречаются лишь там, где они непрерывно
образуются . Чтобы открыть их, потребова­
лось величайшее искусств о физиков .
КОСМИЧЕСit И Е ЛУЧll
Научные открытия нередко дел аются сов­
сем не там, где их ожидали. Колумб хотел по­
пасть в Индию , а открыл Америку. Нечто
подобное произошло и с космичесними Л} чами .
Это открытие было сдел ано при изучении эJiект­
ропроводности воздуха .
Всем изв естно, что медь и другие металлы
хорошо проводят электрический ток , а стекло ,
фарфор , резина почти не проводят . Воздух ,
иак и все газы , хороший изолятор , но и его
можно заставить проводить электрический тои .
Для этого нужно отор-
вать электроны от неко- llДPcr
торых атомов газа и тем
самым создать в воз­
духе положительно заря­
женные атомы - ионы .
Какое-то очень малое
элект•о�
количество ионов есть
в воздухе всегда , что
легко доказать с по­
мощt.ю
электроснопа
(рис . 5) . В этом приборе
к стерженьиу, сдел ан-
Рис. 3 . Схема электрон­
ных оболочек неона.
ному из изолятора , при-
нреплены дв а тонних
металлических листочна . l"IРот он � (ядРо \
Если сообщить листоч- "'ейт •он � \г елия}
нам заряд, они оттолк-
нутся друг от друга и
остановятся , образовав
некий угол . Опыт пока­
зывает , что за достаточ­
но дол гое время листоч­
HEЙTPOH -
l"IPOTO H � + �ЯДРО
Jлития
НЕЙТРО"'
:-+,
ки Э ЛеКТр ОСКОПа ОПЯТЬ Рис, (. Атомное ядро <'О-
э
стоит из протонов и нейт-
СХОДЯТСЯ .
то значит ,
ронов.
что есть утечк а заряда .
Если поместить электроскоп под стеклянный
нолпак и откачать насосом воздух , утечка заря-
263

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
Р11с. 5. Электроскоп
показывает , что в
воздухе есть новы.
да пре1\ратится . Значит , заряд уходит через
воздух . Чем больше в воздухе ионов , тем
быстрее утекает заряд.
Что же создает в воздухе ионы? Если при­
чина этого в Земле, нужно подняться вверх ,
и утечка заряда у111еньшится . И вот стали под­
нимать электроскопы на воздушных шарах .
Результат опытов всех удивил : чем выше под­
нимали электроскоп , тем быстрее утекал с его
листочков заряд. Оказалось , что причина , соз­
дающая в воздухе ионы , находится не в Земле,
а в космическом пространстве. Незначительное
:количество ионов создается радиоактивными
изл учениями Земли, но на больш ой высоте
эти пзд учения не сказываются .
Отрыв электронов от атомов :могут вы­
звать либо световые лучи , либо потоки быст­
рых заряженных частиц . Такие потоки доволь­
но трудно отличить от лучей , поэтому их часто
тоже называют «лучами» .
Долгое время было неизвестно , что именно
приходит на большой высоте из :космического
пространств а п создает ионы в воздухе.
Чтобы решить эту загадку, пришлось поста­
вить. очень много опытов . По111ещая электро­
скоп в :камеру с толстыми стенками , ученые
док азали, что ионизация воздуха производится
:каким-то излучением , способным проникать
да же через толстый слой свинца .
Дальнейшие опыты выяснили, что это <ш ро­
ни:к ающее излучение» приходит не только со
стороны Солнца , но почти равномерно со
всех направлений , т. е. из всего :космичес:ко-
го пространств а. Поэтому проникающее из­
лучение и назвали :космическими лучами .
В действительности эти лучи - потоки быстр ых
заряженных част иц.
В первичных :космических лучах, :когда они
приходят из мирового пространства, нет ника­
ких необычных частиц. Это просто атомные
ядра. Электромагнитные силы, действ ующие
в :космическом пространстве, разгоняют эти
ядра до очень большой скорости и тем самым
сообщают им громадную энергию . Но :когда
частицы с такой энергией сталкив аются с ча­
стицами возд уха , происходят неожиданные
превращения . При таких столкновениях и рож­
даются новые неустойчивые эл ементарные ча­
стицы .
Долгие годы ученые находил и новые ча­
стицы только в :космических луч ах . Они под­
нимались для этого на вЬ1со:кие горы, забра­
сыв али свои приборы на воздушных шарах
в недоступные человеческому организму высо­
ты . Но постепенно выяснилось , что для изу­
чения новых элементарных частиц нет необхо­
димости гоняться за :космическими лучами.
Неустойчивые элементарные частицы можно
получить и искусств енно .
YC ROPHTEJill
Все разнообразие новых необычных элемен­
тарных частиц можно получить при столкно­
вениях самых обыкновенных внутриатомных
частиц, если только они разогнаны предв ари­
тельно до высокой энергии . Такой разгон до­
стигается в особых установках - ускорителях.
Современный ускорител ь - громадное и слож­
ное сооружение, одно из подлинных чудес
техники . Заряженные частицы получают в нем
энер гию от радиоволн или переменных токов
высокой частоты и большой мощности . Чтобы
частица при этом не сбилась с путп , ее надо
ограничить определенным направлением , :как
поезд рельсами . Для этого используют сильный
магнит . Он создает в простр анств е магнитное
поле, :которое и выполняет роль рельсов , на­
правляющих ускоряемые частицы по опреде­
ленному пути .
Магнитное поле удобно представлять себе
состоящим из силовых линий , :которые , подоб­
но нитям, натянуты между полюса ми магнита.
Rогда заряженная частица пролетает через
магнитное поле, оно не разгоняет и не замед­
ляет ее , но непрерывно изгибает ее путь . Если
никакие другие силы не действуют , частица

огибает сил овые линии магнит­
ного поля по окружности .
Пер еменным эл ектрическим
папряжением высокой частоты
можно «подталкиваты частицу
в такт с ее вращением . Тогда
переменное электрическое поле
будет передавать свою энергию
частице и ее движение будет
ус1\оряться . На этом принципе
построен круговой циклический
ускоритель-циклотрон (рис. 6) .
ЭЛ ЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
ПУТЬ YCKOPl! HHbl)(
Ч АСТИЦ
МАГНИТЫ
выводно� УСТРОЙСТВО
В ЭКСПЕРИМЕ!НТАЛЬ>НЫЙ ЗАЛ
Энергия движущейся части­
цы зависит от ее массы и ско­
рости . Пока скорость мала в
Рис. 7 . Схема действия шшхрофазотрона-сосрхмощного )·скор11те.ля част1щ.
сравнении с о скоростью света , масса частицы
постоянна и энергия , передаваемая частице ,
расходуется на увеличение скорости , а масса
почти не меняется . Частицы , движущиеся со
скоростью , блиЗJ\оЙ к скорости света , назы­
ваются релятивистс1п1ми , т. е. «относител ьно­
стными» . Такое название означает , что их дви­
жение происходит по законам, выведенным
теориеii относительности . Передачу энергии ре­
лятивистским частицам усл овно называют
«ускорением частиц)), хотя в действител ьности
при этом скорость почти не возрастает , а ра­
стет масса частицы .
В магнитном поле релятивистская частица
вращается по кругу ускорителя не в такт (или,
как говорят , не в фазе) с ускоряющим пере-
УСКОРЯЮЩИЙ ПРОМЕЖУТОК
МАГНИТ
Рис. 6. Схема ускорен11я атомных частиц в ц11 к.�отроне,
менным электричес1ш 11
1
полем , так как масса
частицы увеличив ается . Представим себе, что
на танцплощадке во время вальса танцующих
кормят , да так основательно , что они тут же
<ш оправляютсю), т. е . прибавляют в весе. На
такой площадке трудно было бы кружиться
в такт мелодии , музыкантам пришлось бы за­
медлять темп по мере того , нак танцующие
толстеют . Такие же меры прпнимают п в уско­
рителе. Если частицам нужно . придать очень
большую энергию , приходптся во время уско­
рения непрерывно менять частоту радиоволны
(такой ускоритель называется фазотроном), или
сил у магнитного 110:1я (синхротрон) , или же
и то и другое (синхрофазотрон) (рпс. 7) . Такие
ускорители дают возможность сообщать з аря­
женньш частицам энергию достаточно высоnую ,
что бы пол учить новые эл ементарные частицы .
ПРЕВРА ЩЕНllЯ
aJIE.ltlEHTAPHЫX ЧАСТllЦ
Самое важное и замечател ьное свойство
элементарных частиц
это способност ь к
превращения м. Раш,ше думали, что превра­
щат ься могут только слоашые частицы , состоя­
щие из более просты х. Но опыт показал , что
к взаимным превращениям способно больш ин­
ство элементарных частиц . Мы знаем, чт о ато­
мы построены из трех видов таких частиц:
электронов , протонов и нейтронов . Если эти
частицы не включены в атом , а находятся в сво­
бодном с остоянии, уст ойчивыми будут только
протоны и электроны . Свободный нейтрон са­
мопроизвол ьн о распадается на протон и эл ект­
рон. При эт о м возникает еще одна неуловимая
частица , н о о ней мы расскажем потом .
В большом к оличестве нейтронов один рас­
падается раньше , другой - позже, но в с ред-
280

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
!Э ную электрону , но только с
положительным электрическим
зарядом . Эту частицу назвали
nРотонт
nЕктРои позитроном . Распад нейтронов
�
•
i•
или протонов с испусканием
�
электронов или позитронов на­
зывают бета-р аспадом (рис . 9) .
Это одн а из разн овидностей
н•iiт�ино
радиоактивного распада .
Итак , когда мы наблюдаем
бета-р ас п ад, нам кажется , что
Рис. 8 . Самопроизвольный распад нейтрона.
нейтрон состоит из протона и
электрона, а протон - из ней­
трона и позитрона . Какая же
нем свободны й нейтрон может «прожит ы только
около четверти часа (рис . 8) .
В мире элементарных частиц такое вре­
мя «жизни» можно счит ать очень пр одол­
жител ьным. Другие элементарные частицы
распадаются в миллионы и миллиарды раз
быстрее .
Итак , с вободный протон устойчив , а свобод-
ный нейтрон рас падается на пр отон и элект­
рон . Казалось бы , можно сделать вывод , что
нейтрон не элементарная частица , что он со­
стоит из пр отонов и электронов . Оказывается ,
ничего подобного . Когда нейтроны и протоны
связаны в атомных ядрах , устойчив ост ь этих
частиц изменяется . При опр еделенных со отно­
шения х между числом пр отонов и числом нейт­
ронов ядро устойч иво : ни протоны , ни нейт­
роны не распадаются . Но если в такое устой­
чивое ядро добавить лишние нейтр оны , оно
станет неустойчивым (радиоактивным) . Лиш­
ние нейтр оны распадаются в ядре так же, как
и свободные нейтроны , - на пр отон и электрон .
Но вот что самое удивительное : если добавить
в устойчивое ядро протоны , оно также переста­
ет быть устойчивым . В таком ядре распадаются
лишние пр отоны ! Св язанный , но лишний про­
т он распадается на нейтрон и частицу, подоб-
из этих частиц простая (элементарная) и ка­
кая с ложная?
Чем больше сведений получали физики о
природе и свойствах элементарных частиц , тем
яснее становилось, что на этот вопрос нужно
дать самый неожиданный ответ . Как пр отон ,
так и нейтрон - элементарные , т. е. пр остей­
шие , частицы . Ни тот ни другой не построены
из еще более простых частиц . Но каждый из
них в определенных условиях способен к прев­
ращениям, при которых возникают (или, к а к
говорят, рождаются) новые частицы .
l\I HOЖECTBEHHOE
Р ОЖДЕНllЕ ЧАСТИЦ
Особенно наглядно это свойств о проявля­
ется при столкновении частиц , из которых
одна обл адает очень большой энергией . Такие
столкновения удобно изучать на специальных
фотопл астинках с толстым сл оем эмульсии.
Когда заряженная частица попадает в этот
сл ой, она действует на него так же, как свето­
вой луч. В эмульсии после проявления виден
след (или , как его называют , «трею)) частицы .
Можно поместить пластинку в поток частиц,
Вреия wпа11и и пе1) нод по.11ураспада 11efiтp o11a
268
Все события в мире атомов и эле­
ментарных частиц (11ногда говорят -
в микромире) подчиня ются законам
теории вероятности. Та к, например,
если следить за одним определенным
нейтроном, то нельзя предсказать
точно ; когда именно он распадется :
зто может случиться очень скоро , а
может и через очень длительное время.
Но если наблюдать за большим число м
нейтронов , то окажется , что в среднем
они распадаются за вполне определен-
ное время пос,1е того , как освободились
из атомного ядра. Это , как принято
говор11ть , среднее время жизни нейтро­
на -16,9
минуты - определено с
большой точностью советскими физи­
ками. Из математической теории ве­
роятностей следует, что нз большого
числа нейтронов 110 истечении этого
времени останется «в живых » 37% ,
остальные 63% рас11адутся . Матема­
тика позволяет сосчитать, через сколь­
ко времени нз большого числа нейтоо-
нов распадется 11оловнна. Для этоrо
среднее время жизни надо умножить
н а 0 , 693. Полученный промежуток
времени называют периодом 11олурас-
11ада. Для свободного ней трона он
равен 11,7 минуты .
Конечно , то, что мы сейчас гово­
рили , отное11тея не только к нейтро­
нам , но и к любым другим частицам.
Только среднее время жизни и период
пол урас11ада у m1x будут совсем дру­
r11е.

ИСХОДНОЕ
ЯДРО
АНТИНЕЙТРИНО
Рис. 9 . Бета-распад. Вза11мопрсвращение ядерных протонов
и ней троно в. Httвepxy: протон , превращаясь в нейтрон , ис­
пускает позитрон и нейтрино. B1t1tзy: нейтрон , превращаясь
в протон , 11 спускает алектрон и антинейтрино .
идущи х из мощно го ускорителя , или поднять
ее на больш ую высоту в поток космических лу­
чей . В обоих случаях в эмульсии после прояв­
ления обнаруживаются <( звезды» - пучки сле­
дов , исходящих из одной точки. В такой точке
частица с очень большой энергией столкну­
лась с ядром одного из атомов эмульсии. Из
места столкновения выл етело множество ча­
стиц, иногда вылетает несколько десятков .
Подробное иссл едование их следов показы­
вает, что только немногие из этих частиц могут
б ыть осколками разбитого атомного ядра.
Большинство лучей <( звезды» - это сл еды ме­
зонов , частиц, которые мы наблюдаем толь­
ко при столкновении частиц с высокой энер­
гией: . Они <( живут)> ничтожные дщrи секунды,
а затем распадаются , претерпевая сложные
превращения .
Когда частица космических лучей сталки­
вается в атмосфере с атомным ядром кислорода
или другого газа , также происходит множест­
венное рождение новых части ц. Рождающиеся
частицы могут пройти в воздухе большой путь
и, сталкиваясь с ядр ами других атомов , раз­
множаются в очен ь бол ьшом количеств е. Полу­
чается широкий <m ивены> быстрых заряженных
частиц, и все они -«потомкю> одной первичной
част ицы, передавшей им свою энергию . Подсчи­
тав мощн ость ливня , можно определ ить энер-
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИ ЦЫ
гию первичной частицы . Ученым удавалось
ц аблюдать ливни, у которых энергия первич­
ной частицы должна был а быть в миллиарды
раз больше, чем у частиц, получаемых в самых
мощных ускорителях.
Расчеты показывают, что никакая ч астица
не может набрать таную энергию в предел ах
нашей звездн ой системы - Галантини , и, ви­
димо , тание частицы прилетают н нам из на­
них-то отдал енн ых миров - из Метагалантию1 .
ЧАСТИЦЫ И ВО.:1 НЫ
Ученые дол го спорили о природе света . Ве­
линий Ньютон считал , что свет - потон быст­
рых частиц, а его современнин Гюйгенс, что
это распространение в олн . Более двух столе­
тий большин ство ученых были ув ерены , что
Н ь ютон ошибся . Была создана электромагнит­
ная теория света , и она бл естяще подтв ерди­
лась опытами. По
·
этой теории св ет - это
колебательные изменения силы эле�\тричесних
и магнитных полей , распростр аняющиеся в
пространстве подобно волне. Таная же при­
рода и у радиово лн, они отличаются от света
лишь тем , что их нолебания происходят в мил­
лиарды раз медленнее.
Но ногда стали внимательно изучать взаи­
модействие света с веществ ом, оназалось , что
световая энергия может испуснаться или погло­
щаться тольно определ енными порциями -
квантами. Так родил ась новая , нвантовая фи­
зика. Сначала думали, что квант - это как бы
<(атом энергию>. Но затем выяснилось , что это
не атом энергии , а частица света . Создател ь
теории относител ьности великий Эйнштейн ус­
тановил, что свет - сложное явление, что он
одновременно и электромагнитные волны , и
поток частиц (световых квантов , или , как их
назвали, фотонов) . Можно , не дел ая никаной
ош ибки, рассматрив ать свет просто как потон
фотонов , но следует помнить , что эти световые
частицы обладают волновыми свойствами.
В дальнейшем квантовая физика устано­
вила, что не тольно фотоны, но и все остальные
частицы также обладают волновыми свойст­
вами (рис. 10) . Замечател ьные опыты с дифрак­
цией электронов убедительно доказали , что
поток электронов в определ енных условиях
ведет себя как волна . Из квантовой механики­
основы современной теоретической физини -
сл едует , что всякая частица обладает волно­
выми свойствами. Фотон в этом смысле вовсе
не исключение.
287

КАК И И З ЧЕГО В ЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
СВЕТ
ДИФРАКЦИОННЫЕ
КОЛ ЬЦА
ДИФРАКЦИОННЫЕ
КОЛ ЬЦА
Рис. 10. Не тодько фото11ы , но все друг11е элl'ментарные час­
т1щы обладают uо.111овыми сnойствам11. Дифракция пучка
э.1ектрон оn про11сход11т точ110 так же, как н д11фракщ1 я свето-
вого пучка.
Итак , к списку известных нам эдементар­
ных частиц мы должны добавить светову'ю
частицу - фотон .
ИСПУСКАНИЕ С ВЕТА
11 РО�RДЕНИЕ ЧА СТИЦ
Поскольку мы считаем фотон такой же пол­
ноправной частицей , :ка:к, например , протон
и нейтрон, рождение частиц не может быть для
нас удивител ьным. Любой фонарь или лампа
испус:к ает свет , т. е. пото:к фотонов , а между
тем в веществе фонаря фотонов нет . Очевидно,
фотоны рождаются в процессе испус1•ания све­
та. Как это происходит , известно из атомной
физию�. Атом поглощает энергию и переходит
в возбужденное состояние. Затем он возвр аща­
ется в основное состояние и испус:к ает при
этом световой квант , т. е. фотон (рис. 11).
Теория объясняет , что рождение любой эле ·
ментарной частицы происходит по те111 же за:ко-
/
1
1
КВАНТ
СВЕТА
1
1
ЯДРО
КВАНТ
СВЕТА
Рис. 11. Пог.1ощение и из·
лучение света атомом.
288
нам, ка:к и: испускание
фотонов . Это относится ,
в частности , и :к бета­
распаду.
Кв антовая механика
рассматривает протон
и нейтрон nа:к два сос­
тояния одной и той же
элементарной частицы ,
:которую назвали ну:к­
лоном (это название оз­
начает пр�то «ядерная
частица») . В свободном
виде или в ядрах, пере­
груженных нейтронами ,
нейтрон - возбужден­
ное состояние нуклона,
а протон - его основное состояние . Напротив ,
в ядрах , перегруженных протонами , протон
о:казывается возбужденным, а нейтрон - основ­
ным состоянием.
ТЯЖЕЛЫЕ , СРЕДНИЕ И ЛЕГКИЕ
ЧАСТИЦЫ
Мы не будем перечислять все известные
нау:ке частицы , а сосредоточим внимание на
их общих свойствах . По массе все частицы
разделяют на три группы: барионы, мезоны
и лептоны . Названия эти происходят от гре­
чес1шх сл ов «тяжелый)>, «средний)> и «лег:кий)) .
К барионам относятся уже известные нам
ну:клоны - протон и нейтрон , а та:кже частицы
более тяжелые, чем нуклоны ,- их назыв ают
гиперонами . К лептонам относится известный
нам эле:ктрон , а также позитрон и нейтрино ,
о :которых реч ь будет идти ниже.
Мезоны - частицы со средней массой : они
легче ну:клонов , но тяжелее эле:ктронов . Все
они неустойчивы и за малые доли секунды рас­
падаются . По массе, времени «жизню> и дру­
гим свойствам их разделяют на нес:колько
групп : мю-мезоны (мюоны) , пи-мезоны (пионы) ,
К-мезоны .
Особняком стоит фотон , или св етов ой :квант.
Если учитывать не толь:ко массу, но и дру­
гие свойств а частиц, то можно объединить
гипероны и К-мезоны в одну группу «стр анных
частиц)> , а мю-мезоны отн ести :к лептонам.
В группе мезонов при этом остаются только
пи-мезоны (пионы) .
ЧАСТИЦЫ - В ОЛЧ Кll
Мы знаем, что существ уют постоянные маг­
ниты и эле:ктромагниты . В эле:ктромагните те­
чет :круговой то:к ; он и возбуждает магнитное
поле. В постоянном магните обычны х тоl\ов
нет . В нем магнитное поле воабуждают атомы
и даже отдел ьные эле:ктроны , 1ю торые ведут
себя :ка:к малень:кие магнитики. В немагнитном
веществе эти магнити:ки направлены беспоря­
дочно . При намагничив ании все магнитики
выстраиваются в одном направлен ии. То , что
электрон ведет себя :как магнит , проще в сего
объяснить тем , что он вращается , :как вол­
чок , во:круг своей оси. Ведь вращающийся
заряд - все равно :ка:к круговой ток . Любое
заряженное тело при вращении становится маг­
нитом . Кстати , и многие др угие свойств а элект-

81
1
ЕК1?0Н
е
J>ис. f2. У бОJIЬШИПСТВа
11.1
1
е11ентарных частиц есть
спин.
рона объяснимы только
тем , что он вращается
вокруг своей оси .
Но электрон нельзя
считать телом с опреде­
ленными размерами и
определ енной формой.
Вращение электрона во­
круг своей QСИ совсем
не то же самое, что
вращение тел а с опре­
дел енными размерами и
формой .
Для этого свойства
эл ектрона придумали специальное название -
«спин» . Спином обладают также протоны, ней­
троны и многие другие из элементарных ча­
стиц. Таr\ую частицу следует представлять себе
как волчок, который может вращаться вокруг
своей оси по часовой стрелке или против ее на­
правления (рис. 12). Но есть частицы и не обла­
дающие спином . Тановы, например , пи-мезоны .
ЧАСТИЦЫ И АНТИЧАСТИЦЫ
Мы уже говорили о позитроне. Эта частица
очень похожа на электрон , но только �< Вывер­
нутый наизнанну» . Если: то или: иное св ойство
ч астицы можно выразить числом, то величины
этих чисел у электрона и позитрона всегда
точно одинакvв ы. Но если: у числа может быть
На пере,1
1;
11еи K(Jae нахки
ЭЛ ЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИ ЦЫ
знак (положительный или отрицательный) , то
у электрона и позитрона эти знаки обязател ьнс
противоположны. Масса электрона ничем не
отличается от массы позитрона - масса ведь
не может быть отрицательной . Э .чентричесю1й
заряд у электрона отрицательный , у позитро­
на - положительный , но величины зарядов
равны . Позитрон во всем , в чем толы•о возмож­
но , противоположен электрону. Его можно бы
было назвать «против оэлектроном» или , по-гре­
чески, «антиэлектроноы» .
Теоретичесная фпзика предск азала и суще­
ств ов ание позитрона , и то , что у других частиц
тоже должны быть античастицы , у которых
те же свойств а, тол ько с обратным знаrшм. Это
предсказание бл естяще подтвердилось , когда
были открыты антин уклоны , т. е . антипрото­
ны и антинейтроны .
Частица 11 античастица похожи и в то же
время не похожи друг на друга , как перчатки
с правой и левой руки или как предмет и его
зеркальное отображение. Но ведь бывают сим­
метричные предметы : гладкий шар, например ,
невозможно отличить от его зеркального отоб­
ражения . Нечто подобное существ ует и в мире
элементарных частиц. Известны дв е симметр ич­
ные частицы : фотон (св етовой кв ант) 11 нейт­
ральный пи-мезон . У них нет античастиц, ю1 и,
точнее , каждая из них совпадает со своей анти­
частицей . У всех остальных известных ученым
частиц есть «зеркальные отображения» - ан­
тичастицы .
В г. Дубне , под Москвой , где нахо­
дится Объединенный институт ядер­
ных исс.1сдо ван ий , Jlетом 1964 г. со­
стоялась м еждународная конференция
по физике высоких энергий. На ней
обсуждал11сь сам ые последн11е идеи
в физике элементарных частиц, то ,
ч то еще окончательно не доказано ,
о чем сейчас еще спорят. Особое вни­
ман11е участн иков конф еренции было
при влечено к вопросу о том , как свой ­
ства част11ц связаны со свой ствами
самого пространства н времени. Было
рассказано о некоторых опытах , в ко­
торых как будто «пра вое» отличалось
от се левого •� независимо от разницы
м ежду частицей и ее античастицей.
Под твержден11е этих опытов будет
означать «нарушение временной чет­
ности » 11 , быть может , приведет к из­
менению наших взглядов на са мые
основные свойства
·
пространс тва и
времен и.
РасематриваJJся вопрос о системе
элементарных частиц. В последние
годы физик11 открыл;, много частиц
с очень коротким временем << ЖИЗНИ ».
Такие частицы, распадающиеся едва
лишь оии успели образова ться , назы­
в ают резонансными частицами или
просто «резонансами » . Недавно счи­
т ал и, что существует 30 разных видов
частиц , теперь ч11сло их вместе с ре­
зо нансн ыми оказаJJось уже больше
100. Чтобы навести порядок в этом
множестве частиц , стараются уло­
жить их в систему, которая бо­
лее ил 11 менее напоминает периодиче­
ск ую систем у химичесю1х элементов
Менделеева. И подобно
тому как
Менделеев с помощью системы эле­
ментов предсказал свойства еще тогда
неизвестн ых элементов , новая си­
стема элементарных частиц позволила
предска зать свойства частицы «оме­
га минус » • Предположение потом
уже подтвердиJJось на опыте. В этой
системе счи тается , что цел ый ряд
элемен тарных частиц - зто возбуж­
денные СОСТОЯНllЛ ОД llОЙ п о сущсстсу
ч аст11цы , которые можно уподобить
возбужденным состояниям атома. Не­
которые теоретики деJlают отсюда до­
вольно неожиданный вывод, что нет
гJJубокой разницы между такой заве­
домо с.1ожной части цей , как атом , н
таким и, казалось бы , << Простыми•� ,
как элемен тарные частицы . Эти уче­
н ые прсд.1агают вообще отказ11 1 ься
от названия <<элем ентарные)) и вазы­
вать эти частицы фундам!'нтаJJьными,
т. е . основн ыми . Но решение этих
вопросов - деJ10 будущего.

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
Rак мы уже говорили, всякое число , у кото­
рого может быть положительный или отрица­
тел ьный знак , должно иметь противоположные
знаки для частиц и античастиц. Теория приво­
дит к еще более поразительному выводу . Ока­
зыв ается , сами частицы и античастицы ведут
себя подобно положительным и отрицательны111
числ ам в алгебре: прибавить античастицу -
это то же самое, что отнять част ицу . В алгебре
сложение положительного и отрицательного
чисел равной величины дает в результате нуль.
П одобно этому частица с античастицей при
столкновении как бы уничтожаются , ил и, ка1\
говорят, аннигилируют .
Слово «уничтожаются» надо понимать в том
смысле, что после столкновения не остается
частиц того же вида . Но ни масса , ни энергия
частицы и античастицы не исчезают . В резул ь­
тате аннигиляции образуются более легкие
ч1стицы, уносящие с собой всю энергию , кото­
рая был а скрыта в первоначальных частицах.
Энергия , выделяющаяся при аннигиляции , гро­
мадна . Это самый мощный источник энергии ,
.
известный нау1\е. Если бы удалось поставить
его на службу человеку, то он был бы в тысячи
раз мощнее атомной или водородной бомбы
при том же весе вещества, дающего энергию .
Очень интересно
·
фантазир овать о том, суще­
ств ует ли где-нибудь во Вселенной антивеще­
ство . Быть может , есть целые «антимиры» , по­
строенные целиком из антив еществ а. Если даже
мы их и вид им, все равно не можем отличить
«мир)> от «антимирю>: ведь свет состоит из фото­
нов , а фотон ничем не отличается · от «анти­
фотоню>.
«Антимир)> долЖен быть зеркальным отра­
жением нашего мира, и есл и то , что у нас серд­
це слев а , не простая случайность , у «антилю­
деЙ•> сердце должно быть справа. Вместо элект­
ронов в «антимире)> - позитроны, вместо нук­
лонов - антин уклоны, но жители «антимира»
не могут этого заметить . Они могли бы понять ,
что они «антилюдю>, есл и их «антимир)> столк­
нулся бы с нашим миром, а тогда произошел бы
взрыв :колоссальной силы. Все это пока лишь
фантазия : антив ещество, несомненно , сущест­
вует , но , наснолько оно распространено в при­
роде , науна еще не знает .
Отдел ьные античастицы образуются при
столкновении частиц, обладающих очень высо­
:кой энергией . Чем тяжелее античастица , тем
более высо:кая энергия нужна , что бы ее полу­
чить . Прежде всего учен ые обнаружили лег­
:кую античастицу - позитрон . Ее удалось наб­
людать в космических лучах. Теперь физини
270
научились получать различные античастицы ,
вплоть до самых 'tяжелых - антигиперонов .
Для этого ударяют из мощного ускорителя
потоком частиц по :ка:кой-либо мишени . При
этом античастицы рождаются всегда попарно
с частицами . Образующиеся античастицы очень
быстро аннигил ир уют с о:круж ающим вещест­
вом, но физи:ки успев ают заметить их по сле­
дам, :которые те оставляют на фотогр афической
пластинке.
R сожалению , современная техника еще
бес:конечно далека от возможности пол учить
пра�\тически измеримое :количество антив еще­
ства. Тем более неясно, на:к можно было бы
отделить античастицы от рождающихся вместе
с ними частиц. Если бы у нас в рунах было
антивеществ о, возни:кла бы интересная и не­
легкая задача: сохр анить его от аннигиляции
с обычным веществ ом. Для решения этой зада­
чи можно уже теперь у:казать разумные пути .
<(O TШEJIЬHllRИ•>
11 «ОБЩЕСТВЕННИКИ)>
Мы озна:комились с не:которыми подразде­
лениями в мире элементарных частиц: частицы
и античастицы , барионы, мезоны и лептоны.
Физики разделяют частицы еще на две важные
группы.
Частицы первой группы называются ферми­
частицами или фермионами (по имени ученого
Энрико Ферми, :который объяснил их свойства).
Это «частицы-отш ел ьникю>: в группе таких частиц
в о предел ен ном состоя нип может находиться толь­
ко одна частица . R ферми-частицам относятся все
внутриатомные частицы : электрон ы и нуклоны
(протоны и нейтроны) . Все это «частицы-волч­
:кю>, т. е., выражаясь по-ученому, они обл адают
спином. Два электрона не могут вращаться
в атоме по одной и той же орбите и с один ако­
вым напр авлением спина (этот за:кон называ­
ется принципом Паули) . Это и значит, что
эле:ктроны отIJосятся :к ферми-ч астица м 1•
Иногда приходится иметь дело с большим
количеством ферми-частиц, свободно движущих­
ся в простр анстве. Они образуют своего рода
газ , :который называется ферми-газом. Частицы
в таком газе не могут двигаться с одинаковой
скоростью , т. е. иметь одинаковую энергию .
Тогда бы они находились в одина:ковом со стоя­
нии ,
что для ферми-частиц «запрещено)>.
1 Иногда то же самое выражают определени ем:
«Электроны подчиняются статисти ке Ферми-Ди рака». '

Ч астицы ферми-газа продолжают двигаться до
абсолютного нуля, т. е. у его частиц со­
храня ется кинетическая энергия, и притом
тем большая , чем больше плотность г аза.
При сжатии ферми-газа его частицы как бы
в ы жимаются на более высокие уровни энергии .
Это явление происх одит , в частности , с элект­
ронами в металлах . В атоме металла электроны
так сл або связаны , что некоторые из них уже
не могут «поместиться» на своих орбитах . Эти
электроны ото рваны от атомов и образуют
внутри металл ического предмета свободный
электронный газ , обладающий свойствами фер­
ми-газа . Именно эти электроны и переносят
электрический ток .
Есть среди эл ементарных частиц и такие,
которые обладают . прямо противопол сжными
свойств ами : они стремятся находиться вместе
в одно м и том же состоянии . Такие «частицы­
обществ енники» называются бозе-частицами
или бозонами 1 - опять-таки по имени физика
(Шатьендр аната Бозе) , который теоретически
объяснил их поведение . R бозе-частицам отно­
сятся прежде всего световые кванты , или фото­
ны, а из неустойчив ых частиц - пи-мезоны.
НЕУЛОВИ1'1АЯ ЧАС ТИЦА
Когда физики более внимательно изучили
радиоактивный бета-распад , при котором нейт­
рон может превр атиться в протон и электрон ,
а протон - в нейтрон и позитрон , оказалось ,
что в процессе распада испускается и еще одна
частица , но она почти неуловима. Она совер­
шенно беспрепятств енно пролетает через такую
толщу вещества , как вся наша Земля , как
Солнце или любое известное небесное тело
i Иногда о них говоря т, что они «подчиняются
стати сти ке Gозе-Эй нштейна>>.
ЭЛ ЕМЕ НТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
Рис. 13 . Неулов11мая част1ща - иеiiтр11но - свободно
проникает сквозь то.1 щу земного шара.
(рис. 13). Эта частица почти не взаимодей ст­
вует с веществом. Отсюда заключили, что у нее
нет , в частности , электрического заряда , и ее
назвали нейтрино . Это слово по�итальянс1пr
значит «нейтралочка» , т. е . очень мал енькая
нейтральная частица .
Про нейтрино говорят , что эта частица
была открыта «на кончике пера у теоретика» .
Физики , как стр огие бухгалтеры, ста рались
свести баланс энер гии при бета-распаде . Hu
баланс ни1\аК не сходил ся : часть энергии «ис­
чезала» неведо мо куда : Пришлось предполо­
жить , что какой-то неуловимый <ш ор» ун осит
энергию . Эта малопочтенная роль и была «по­
ручена» нейтрино . Десятка два лет новая части­
ца оставалась неуловимой . В конце концов
физикам все же удалось ее «пойматы . Для
этого пришлось затратить немало rруда .
Свойства частиц и свойства 11 ростр а11ства-врсме1ш
Физики особенно 11 нтересуются те­
м и свойства ми частиц, ко торые свя ­
заны с симметрией , пото му что сим­
метрия может быть присуща не части­
цам , а самому пространст ву, в котором
он 11 существ уют и ко торое по теории
относител ьности тесно связано со
временем . Из очень общих соображе­
н11й ученые предполож или , что в зако­
нах природы н е должно быть разн11цы
между << правым>> 11 << левым>> • От­
сутствие такой разницы назвали сохра­
нением четности. Затем опыт показал,
что при бета-распаде четность не
сохраняется , т. е� << Правое•> отли­
чается от «Леоого » . Снача.1а думали ,
что прич11на в свойствах самого про­
странств а. Но оказалось, что различие
между << правым>> и << левым >> прояв­
.ч яется только в тех процессах, где
участвуют нейтрино. Тогда решили ,
ч то причина не в свойствах простран­
ства , а в свойствах нейтр11но . Отсюда
и сделали вывод , что эта частица по­
добна винту. Она всегда движется
и как бы ввинчивается в пространство.
Но чтобы этот вывод был спра 11едл 11п,
нужно , чтобы различие между «npa·
ВЫМ>> 11 <е левым>> было связано с раз­
личием межд у частицей и античасти­
цей . То , что «Правое » для частицы,
должно быть (� Jlеоым•) для античасти­
цы , и наоборот. Провср11ть этот вы uод
на опыте - самая ув"1скатсл ьная за­
дача для физиков. Ес.111 он не всегда
будет подтверждаться , то теори я го­
ворит, что причина должна быть уже
в свойствах времени-в так назы кае ­
мом нарушен 11и временной •1ет11ост и.
271

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
Рис. 14. У нейтрино и
антинейтрино ра3Лнчиый
спин : они вращаются в про-
т и воположны е стороны.
Сейчас уже довольно много известно о свой­
ств ах нейтрино . Это ферми-частица , и у нее
есть спин . Но, по совр еменным представл ени­
ям, нейтрино правильнее сравнить не с волч­
ком , а с винтом. Насколько нам известно , ча­
стица нейтрино подобна фотону в том отнош е­
нии , что ее нел ьзя остановить : она всегда дви­
жется со скоростью света . При этом она как бы
ввинчивается в простр�нство.
Когда физикам удал ось «пойматЬ» нейтрино ,
б ыло сдел ано ватное открытие: оказалось , что ,
кроме нейтрино , существ ует еще и антинейт­
рино , только эти частицы очень трудно отли­
чить друг от друга (рис . 14) . Нейтрино испу­
скается во всех процессах, где рождается позит­
рон или поглощается электрон , антинейтри­
но - при испускании электрона или поглоще­
нии позитрона . Следовательно , антинейтрино
испускается при распаде нейтрона .
Чем же нейтрино и антинейтрино отличают­
ся друг от друга? Ведь античастица должна
быть зеркальным отражением частицы , а у
нейтрино как будто нечему и «отражаться» .
Ответ был найден , когда установили , что эти
частицы винтообразны . Одна из них ввинчи­
вается в пространство , как правый, другая -
каf\ левый винт .
Одна из интереснейш их , но и труднейш их
задач для физиков и астрономов - «пойматЬ»
нейтрино неземного происхождения . Прежде
Нейтрино и антиш�nтрино
272
Еще совсем недавно физики обна-
ружили , что при бета-распаде теря ­
ется часть энергии, и объяснили это
тем , ч то часть энергии уносится час­
тицей , которую трудно обнаружить.
Эту частицу и назвали нейтрино. С по­
мощью очень тонких 11 трудных опы­
тов установили, что частицы нейтрино
ке одинаковы. Сейчас известны четыре
вида нейтрино. За одним из них сохра -
всего нужно измерить поток нейтрино от Солн­
ца . Это даст прямые указания на то , какие
ядерные реакции происходят в Солнце и звез­
дах . Интересно , что солнечные нейтрино нужно
<m овитЬ» ночью : ведь Земля дл я них не пре­
пятствие, а другие солнечные излучения , ме­
шающие измерениям, она задержит . Если уда­
стся изучить нейтрино , приходящие к нам на
Землю из глубин космического простр анств а,
мы узнаем много нового о Вселенной в целом.
КВАНТОВАНИЕ ПО.ЛЕii
И П11-МЕ30НЫ
Свет , как мы уже знаем ,- это распростра­
няющаяся электромагнитная волна, т. е. коле­
бательный процесс в электромагнитном поле.
Свойств а волны должны быть связаны с общими
свойствами электромагнитного поля . Отсюда
теоретики пришли к выводу, что всякое элеzп­
рическое и магнитное взаимодействие перено­
сится фотонами . Если дв а заряженных тел а
притягиваются или отталкив аются - это про­
исходит оттого , что они обменив аются фото­
нами . Раньше мы называли фотоны световыми
кв антами , но правильнее их называть кван­
тами электрома гнитного поля .
Вероятно , и любые другие взаимодействия
( как говорят физики, полЯ) переносятся ча­
стицами . На таком предпол о жении построена
теория квантовых полей , в которой частицы ,
переносящие
взаимодействие,
называются
квантами поля .
Ядра атомов состоят из нуклонов (протонов
и нейтронов) , которые очень крепко связаны
ядерными силами . Физики-теоретики попыта­
лись квантовать ядерные силы, т. е . объяснить
их как обмен нуклонов 'Какими-то частицами .
Расчеты показали , что масса таких частиц
должна лежать · посередине между массами
нуклона и элентрона; предпол агаемые частицы
назвали мезонами (что значит «средние») . Затем
нили первоначальное название , дРУ·
гой вид - античастицу первого - на­
звали антинейтрино и, кроме того ,
нашли, что при распаде мю-мезонов
(мюонов) испускается еще два вида
частиц с близкими свойствами. Хотя
за одним из этих четырех видов
частиц закрепили название нейтрнно,
но до сих пор зто же название часто
применяют и ко всем четырем видам.

rоЖДЕНИЕ, жизнь и СМЕРТЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
частицы средних масс нашли в космических
лучах, а позднее научились получать их искус­
ственно с помощью ускорителей.
Первые найденные мезоны очень слабо взаи­
модействовали с ядрами. Эти частицы сейчас
называют мю-мезонами. Они очень похожи
на электроны, толы<о примерно в 200 раз
тяжелее. Истинными квантами ядерного взаи­
модействия оказались другие частицы, кото­
рые назвали пи-мезонами. Они бывают поло­
жительными, отрицательными и нейтральными.
Нейтральный пи-мезон, как и фотон, неотли­
чим от своей античастицы.
Ядерное взаимодеjiствие очень сильно. Сле­
довательно, нуклоны беспрерывно испускают
и поглощают большое I<оличество пи-мезонов;
нуклоны окружены мезонным облаком, как
говорят, «мезонной шубой». Именно поэтому
даже нейтрон ведет себя как магнитик. Сам
по себе нейтрон не имеет электричес1<ого заря­
да, но его «мезонная шуба» состоит из заря­
женных мезонов, и, так как нейтрон обладает
свойствами волчка, в этой «шубе» текут кру­
говые токи (рис. 15). При аннигиляции нук­
лона и антинуклона они превращаются в основ­
ном в пи-мезоны.
***
Мы рассказали кое-что, но далеко не все,
что известно науке об элементарных частицах.
Превращение фотона
Световые кванты достаточно боль­
шой энергии могут превращаться в
э.лектрон-познтронную пару. При .этом
фотон исчезаез-, и вместо него рожда­
ются две частицы: электрон и его анти­
частица - позитрон. Очень интересно
и обраsно охарактеризовал это явле­
ние эамечате.льиый советский физик
Рис. 15. Нейтрон непрерывно испускает и поглощает мезоны,,
образующие вокруг него мезонное облако. Текущие в этом
«об.лаке» токи и придают нейтрону магнитные свойства.
С непривычки было бы трудно понять, почему
частицы и античастицы рождаются попарно и
каким образом пустое пространство (вакуум)
может считаться неисчерпаемым резервуаром
частиц и античастиц.
Физика элементарных частиц - самая мно­
гообещающая и быстро развивающаяся, но
и одна из самых трудных отраслей с овремен­
ной физики. Чтобы разобраться в ней хорошо,
нужно многое знать из других разделов физики
и из математики. Надеемся, что нашим читате­
лям захочется узнать об элементарных части­
цах больше, чем здесь написано. А для этого
надо много и упорно учиться.
•
академик Вавилов: «Перед нашими
глазами разыгрывается необыкновен­
ное зрелище преобразо11апия светового
гамма-кванта в пару .легких частиц
вещества. Происходит нечто действн­
те.льно до известной степени напоми­
нающее сказочное превращение мело­
дии в скрипку».
РОЖДЕНИЕ, ЖИЗНЬ И СМЕРТЬ ХИМИЧЕСКИХ t)JIEMEHTOB
О радиоактивности написаны десятки тысяч
статей и сотни книг. Открытие этого явления­
одно из величайших в истории науки.
Алхимики пытались осуществить превра­
щение элементов, из обычного свинца получить
благородное золото. Время развеяло в прах
о18д.э.т.3
их наивные верования. В XIX столетии только
безнадежные упрямцы еще думали, что из од­
ного элемента можно получить другой. В нау­
ке считалось неоспоримым, что атом неделим.
А между тем в мире химических эл�ментов
течет своя, очень своеобразная и далеко не
273

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
совсем понятная жизнь. Во Вселенной умира­
ют одни атомы, другие рождаются. Идет вели­
:кий круговорот элементов.
Первым, кто доказал, что атомы химиче­
с:ких элементов могут изменяться, был фран­
цузс:кий ученый Анри Бе:к :керель.
УРАНО ВЫЕ .J1УЧИ
В ноябре 1895 г. немец:кий физи:к Конрад
Рентген от:крыл загадочные лучи, :которые те­
пе рь весь мир называет рентгеновскими, или
«Х-лучами)) (рис. 1). Исследователи пытались
Рис. 1.
определить, :ка:к и по­
чему эти лучи испус:ка­
ются. И в частности,
они полагали, что рент­
геновс:ким излучен.нем
может сопровождаться
фосфоресценция- холод­
ное свечение не:которых
веществ. Подвергнутые
действию
солнечного
света, та:кие вещества
сохраняют затем опре­
деленное время способ­
ность самопроизвольно
светиться. Быть может,
фосфоресцирующие вещества сами служат ис­
точни:ками рентгеновс:кого излучения? Это и ре­
шил проверить Анри Бе:к:керель.
Среди фосфоресцирующих веществ высо:кой
а:ктивностью отличалась двойная серно:кислая
соль урана и калия- своеобразные урановые
:квасцы. Если фосфоресценция действите.Jlьно
сопровождается рентгеновс:ким излучением, то
образцы соли должны оставить отпечат:ки на
фотопластин:ке, завернутой в черную бумагу.
Ведь прони:кающая способность «Х-лучей)> хо­
рошо известна. Та:к рассуждал Бе:к:керель.
И его идея вс:коре подтвердилась. Он мог
заявить на :конференции Парижс:кой а:кадемии
нау:к, что фосфоресцирующие вещества дейст­
вительно испус:кают лучи Рентгена.
Но :ка:к серьезный ученый он продолжал
свои исследования. Однажды (это было в :конце
февраля 1896 г. ) он все Подготовил для опыта,
но солнце в тот день та:к и не появилось на
парижском небе, и его лучи не могли вызвать
фосфоресценцию у урановой соли.
Оставалось дожидаться
ясной погоды.
Через несколько дней Бе:ккерель, щурнсь от
',весеннего солнца, распахнул о:кно своей лабо­
'ратории. Но прежде чем выставлять на свет
274
новую пластин:ку, он решил проявить старую,
ту самую, которая пролежала несколько дней
в ящике стола, завернутая в черную бумагу,
под образцами урановой соли.
На негативе обнаружились темные пятна,
в точности соответствовавшие форме и поло­
жению образцов урановой соли. А ведь эти
образцы предварительно не есвещались, как
в предыдущих опытах ученого.
Та:к, в 11 часов утра 1 марта 1896 г. было
открыто новое явление. Урановая соль испу­
скала лучи неизвестного типа. Они во многом
были похожи на рентгеновекие: проходили через
плотную бумагу, дерево, тонкие металлические
пластинки. Они делали воздух проводни:ком
электричества, так же ка:к и лучи Рентгена.
Но все-таки это были не рентгеновские лучи.
Рентгеновские лучи могли отражаться и прелом­
ляться; лучи Бекнереля этим свойством не
обладали. Поставив много опытов, Беккерель
до:казал, что источник его лучей - элемент
уран. И назвал лучи урановыми.
Элемент уран оказался не единственным,
способным испускать новые лучи. Соотечест­
венники Беккереля Пьер и Мария Кюри из
десят:ков тонн руды выделили миллиграммы
неизвестных ранее элементов - полония и ра­
дия. Эти элементы также испускали «урановые)>
лучи. И аналогичные свойства исследователи
обнаружили у тория.
Лучи, открытые Беккерелем, стали назы­
вать радиоактивными (от лат.инс:кого слова
«радиус)>, чте означает <<Луч)>), а само явление
их испус:кания - радиоактивностью.
Четыре важных вывода сделали ученые в
самом начале ХХ века. Они до:казали, что
радиоа:ктивность - свойство атома. Было уста­
новлено, что радиоактивные элементы - уран,
радий, полоний, а1<тиний, торий - встреча­
ются в земных минералах все вместе. О1<аза­
лось, -что радиоактивность - явление посто­
янное и не ослабевает со временем. И, нако­
нец, ученые выяснили, что радиоа1<тивное из­
лучение неоднородно и состоит из нес1<оль­
ких сортов лучей.
П0.J1ШАГА ДО ОТКРЫТИЯ
Радиоактивность могла быть от1<рыта рань­
ше. Но ее значение ученые не поняли бы. Так,
собственно, и случилось за 30 лет до работы
Анри Бе1<1<ереля.
В 1868 г. Парижс:кая академия нау1< предо­
ставила свою трибуну Ниепсу де Сев-Виктору.

РОЖДЕНИЕ, ЖИЗНЬ И СМЕРТЬ ХИ МИЧЕСКИХ ЭЛ ЕМЕНТОВ
Скромный естествоиспытатель, занимавшийся
изучением фотографических процессов, отнюдь
не жаждал славы. Он без всяких претензий
доложил высокому собранию свой мемуар
((О новых действиях света». В нем он рассказы­
ва.11, как различные виды света действуют на
фотографическую пластинку.
Ниепс де Сен-Виктор проделал много опы­
тов, в том числе и с фосфоресцирующими веще­
ствами. И среди этих веществ была двойная
сернокислая соль урана и калия. Ее призрач­
ное бледно-зеленое свечение заставляло тем­
неть пластинку, даже если пластинка была
обернута в черную бумагу.
Ученые довольно равнодушно выслушали
рассуждения Ниепса о некоем новом сорте
световых лучей, которые проходят сквозь ш1от­
ную бумагу. Сообщение исследователя было
напечатано, пожалуй, лишь из соображений
этики. Напечатано - и забыто!
Точно так же прошли незамеченными ана­
логичные опыты Арнодона, безвестного хими­
ка из Лиона.
А ведь этим неудачникам оставалось сде­
лать полшага до открытия радиоактивностп.
Эпоха <<Лучевой "лихорадки» еще не наступида.
Она началась лишь после того, как Рентген об­
наружил «Х-лучи». Открывать новые лучи с
этой поры стало своеобразной модой. Дух вре­
мени в какой-то мере облегчил задач-у Бек­
кереля.
ТР И ВИДА e1lYЧEli
Природа рентгеновских лучей проста: это
электромагнитные колебания с малой дшшой
волны. Иное дело - природа радиоа�аивных
излучений. :Когда их подвергли действию эле1.;т­
рического поля, они разделились на два пото­
ка, отклонявшихся в разные стороны. Это
означало, что у одной их части положитель­
ный, а у другой - отр:w:цательный электрический
заряд. Их поместили в магнитное поле. И сно­
ва ученые обнаружили их неоднородность.
Стало быть, радиоактивное излучение пред­
ставляло собой ПОТОI{ частиц, притом с разны11-lп
массами: одни - тяжелее, другие - легче. На
страницах научных журналов появились новые
термины: а-излучение и �-излучение; а-части­
цы и �-частицы .
Скоро был обнаружен третий компонент
радиоактивного излучения. На сей раз - настоя­
щие лучи. Они были подобны рентгеновским,
только их проникающая способность оказалась
18*
БЕТА-
', ЧАСТИЦЬ1
-. ',
-,.',
.. :\',
-·
'
-·
-
·-.
'
,
..
.
..
.
-
·
'
,
,:,. -. -.,
',.:-�
Рис. 2.
значительно выше. Их назвали 1-лучам11
(рис. 2).
Итак, при радиоактивном распаде атома
из него выбрасываются две материальные ча­
ст1щы разной массы (альфа и бета) и испус:ка­
ются лучи (гамма). Правда, одним элементам
свойственно только а-цзлучение; другим -
только �-излучение. Радий представлял coбoi'r
классический а-излучатель, а его правый сосед
по таблице Менделеева - актиний - испускал
толsко �-частицы.
l\IETA.Jl.Jl=Г АЗ+ГАЗ
Такое не могло присниться даже самым
фанатичным алхимикам. Маленькая крупинка
серебристого металла радия, несравненно бо­
лее редкого и дорогого, чем золото, таяла.
Со временем она могла совершенно исчезнуть.
МатtJрия как бы обраща.11ась в ничто.
Но ведь материя не может пропадать бес­
следно. Значит, радий в ходе своего радиоак­
тивного распада превращается в какое-то дру­
гое вещесtво.
Ученые раскрыли тайну а-частицы. Они
измерили ее электрический заряд. Он оказался
275

КАК И ИЗ , ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
равным двум, если за единицу заряда считать
заряд электрона. Два положительных элект­
рических заряда уносила с собой а-частица.
Ученые Р
.
ассчитали ее массу; оказалось, что
альфа-частица в четыре раза тяжелее атома
водорода. А раз так, то альфа-частица не мо­
жет быть чем-либо иным, как атомом ближай­
шего к водороду элемента гелия, у которого
недостает двух электронов, и потому его поло­
жительный заряд равен +2. Итак, из радия
испускается гелий. Во что же превращается
сам рад ий?
Наука о превращениях химических эле­
ментов имеет свою символику, ноторая позво­
ляет записывать уравнения ядерных реакций.
Справа вверху от символа элемента пишется
его атомный вес, слева внизу - порядковый
номер (заряд ядра). Например, 88Ra226• Так
можно изобразить изотоп любого элемента.
В данном случае индекс «226» - это массовое
число одного из изотопов радия. Альфа-частица
может быть записана на языке ядерной физики
ка!\ 2Не4 • Итак, 88Ra226
-
2
Не4=?
Атом радия теряет два заряда (88- 2=86)
и уменьшает свою массу на 4 единицы (226-
-4=222). Сл
·
едовательно, радий превращается
в какой-то элемент с зарядом 86 и атомным
весом 222, т. е. 86Х222�
В 1900 г. английский ученый Эрнест Резер­
форд впервые доказал образование нового эле­
мента при радиоактивном распаде радия. Он
назвал его радоном. В периодической системе
радон (Rn) занял место в группе инертных
газов (рис. 3).
Следовательно, ядерную реакцию радио­
аI\ти:ююго распада радия можно записать так:
ssRa22в
-
2Не 4 = sвRn222.
Природа бета-частицы оказалась проще.
Ученые признали ее полное сходство с элект­
роном, частицей, несущей отрицательный элек­
трический заряд. Актиний, испуская �-частицу,
превращается в торий. При этом он сохраняет
массу (потому что масса электрона очень мала),
но заряд атома увеличивается на 1:
sэ
Ас221 -е
-
=
9о
ть221.
Такую схему радиоактивного распада пред­
ложили Эрнест Резерфорд и его сотрудник Фре­
дерик Соддн.
Радон и торий, получающиеся в рассмотрен­
ных нами реакциях распада, не остаются неиз­
менными. Они в свою очередь распадаются.
Радон-222 испускает альфа-частицу и превра­
щается в полоний-218 . Торий-227 также выбра-
278
ЯДРО АТОМА РА,1
1,
ИЯ
88 ПРОТОН08
138 HEATPOHOI
(твЕРДОЕ вещество)
2 ceO•OA"blJ
3J1EKT"OH,_
ф
/АЛ.
.
•А·
/ ЧАСТИЦА
2 ПРОТОt4А
2 HEATitOHA
АТОМ ГЕЛИJ<
{ГАЭ)
ЯДРО АТОМА РАДОНА
(rАэ )
(&i-.;
;�
86 ПРОТОНОI
136 Hl!ЙTPOHOI
Рис. 3 . Схема радиоактивиоrо распада ядра атома радия.
сывает а-частицу и становится радием-223 .
Цепочки радиоактивных распадов оказались
сложными и запутанными. Ученым предстояло
ра зобраться в них. Ясно было одно: радиоак­
тивный распад представляет собой процесс
превращения элементов, происходящий неза­
висимо от воли человека.
УПОРЯДОЧЕННЫЙ ХАОС
Радий, распадаясь, рождает «эманацию»*
(радон). Ученые изучили продукты радиоактив­
ного превращения тория и среди них нашли газ,
который ничем не отличается от радона. Акти­
ний тоже выделяет «эманацию», и она как две
капли воды похожа на радон. Все эти три вида
«эманацию> различаются только весом их ато­
мов. И, до бавим, своими радиоактивными ха­
рактеристиками.
Уже не один, а целых три инертных газа
претендовали на 86-ю клетку таблицы Менде­
леева.
За короткий срок ученые открыли более 30
самостоятельных радиоактивных веществ. Каж­
дое из них предлагали считать за отдельный
элемент. Однако таблица Менделеева распола­
гала лишь восемью свободными вакансиями,
* Эманация по-латински-«истечение».

РОЖДЕНИЕ, ЖИЗНЬ И СМЕРТЬ ХИ МИЧЕСКИХ ЭЛ ЕМЕНТОВ
восемью клетками. На­
пример, три радиоактив­
ных вещества (их на­
зв али уран-икс, ионий
и радиоторий) химиче­
сю1 были совершенно
неразличимы и не име­
ли никаких отличитель­
ных черт по сравнению
с обычным торием. На
клетку 90 периодической
системы обрушилась неожиданная беда. Четыре
элемента-близнеца предъявили на нее одинако­
вые права. Пришлось отказаться от старых пред­
ставлений, что все атомы данного химичес1юго
э:1емента однородны.
«Они неоднородны!- заявили ученые Фре­
дерик Содди и Казимеж Фаянс в 1913 г. -У каж­
дого радиоактивного :щемента может быть не­
сколько сортов атомов. У них одинаковый заряд,
они обладают одн ими и теми же свойствами п
отличаются друг от друга только ве личиной
атомных весов>).
Та�ше ра зновидности атомов Содди и Фаянс
назвали изотопами (рис. 4). Это бьш первый шаг
к упорядочению хаоса в представлениях о мире
радиоактивных элементов. Все три «эманации»
могли спокойно располагаться теперь в клетке
86 периоди ческой системы, нисколько не нару­
шая ее основы. Таким же путем разместшшсь и
изотопы других радиоактивных элементов.
Уже в первые годы изучения радиоактивно­
сти исследоватеJ1и пытались выяснить, подчи­
няются ли разнообразные цепочки ра диоактив­
ных превращений какой-то системе или же они
безнадежно запутаны. И здесь понятие об изо­
топах внесло ясность. Оказалось, что разные
цепочки отдел ьных ра диоактивных распадов
могут быть сплетены в длинные цепи, у которых
есть вполне определенное начало и столь же
определенный конец. И все изотопы радиоактив­
ных элементов - звенья той или иной цепи.
О теории и практик� в нау1tе
Рис. 4 . Явлен11е изотопии
свойственно не только ра­
диоакти�ным, но и всем
проч11м элементам таблицы
Менделеева. На этом рисун­
ке изображено, как устрое­
ны три изотопа первого
<1лемента - водорода: про­
тий, дейтерий (они ста­
бильны) и тритий (он ра­
диоактивен с периодом по-
лураспада около 12 лет).
Эти цепи называю т теперь радиоактивными се­
мействами, или рядами радиоактивных превра­
щений. Иногда такое семейство называют поэти­
ческим словом: радиоактивное «древо».
:Корни, из которых произрастают эти «дре­
ва», т. е . родона чаль ники радиоактивных се­
мейств,- это изотопы урана и тория: торий-232,
уран-235, уран-238 . В конце длинных цепочен:
альфа- и бета-превращений находятся устой­
чивые (ста б ильные) изотопы свинца (см. вклад­
:ку между стр. 288 -289).
Массовые числа всех изотопов, входящих
в семейство тория, делятся без остатка на 4. По­
этому ториевое семейство иногда обозначают
1\ак «4п-семейство>). Аналогичным образом се­
мейства урана-238 и урана-235 будут «4п + 2»­
и «4n + 3»-семейства111и, так как при делении
массовых чисел их изотопов на 4 соответственно
полуЧ:ается в остатке 2 и 3.
Таков был второй шаг, превративший хаос
в представлениях о радиоактивных элемен­
тах в строгий порядок. Но радиою\тивность
продолжала озадачивать ученых трудными за-
Когда Марии Кюри, после долгпх
лет трудной н самоотверженной рабо­
ты, удалось наконец по.ччнть радий
в чистом виде, она посп ешила поде­
литься своей радостью с отцом -
скромным учителем физики в Варша­
ве. В ответном письме отец написал
Марии Кюри:
мание, сколыс:о потрачено труда, что­
бы добыть его, то, конечно, <�то самый
дорогой из хим11ческих элементов.
Жаль одного, что работа <�та имеет
интерес, по-видимому, чисто теорети­
ческий)).
и практические последствия, к кото­
рым привело открытие его дочери.
Сожаление, высказанное им в послед­
нем письме, было искренним и оправ­
данным.
Старый учитель ошибся.
Этот
исторический пример хорошо под­
тверждает, что в науке нет ничего
более практическ11 важного, чем ХО•
pomee теоретическое исследование.
«Наконец ты владеешь солями
чистого радия! Если принять во вни-
Это грустное письмо было послед­
ним. Через шесть дней старый учи­
тель физики умер. Он не мог, конечно,
предвидеть все то научное значение
2'i'i

КАК JI ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
Рис. 5. Несколько примеров различной «до.�говечностн»
llЗOTOПOll.
rад1,ами. Ну, снажем, почему не удавалось обна­
ружить в природе ни одного изотопа, ноторый
входил бы в «4п + 1»-семейство? Куда де.'lось
это четвертое радиою\тивное «древо»?
Э.JJЕМЕНТЫ ПЕРВИЧllЫЕ
И ВТОРИЧНЫЕ
Давайте немного пофантазируем. Предста­
вим себе нашу планету через. . .
сто мил.11иардов
лет. Конечно, никто не в силах предвидеть, что
случится с Землей за этот громадный сро1с Но
допустим, что ничего из ряда вон выходящего не
278
с.'lучится. Можно в таком случае уверенно СJ\а­
зать, какой элемент из существующих в природе
будет на Земле замыкать таблицу Менде.'lеева?
Уран? Нет! Самым тяжелым элементом пери­
однчес1'ой системы окажется висмут с порядRо­
вым но�1ером 83. А все радиоактивные эле­
менты бесследно исчезнут, потому что у радио­
юпнвных эле.,1ентов и всех их изотопов вполне
опреде.1
1
енная продолжительность жизни.
Чтобы охараRтеризовать долговечность· того
или иного радпоа"тивного изотопа, ученые ввели
понятие «период полураспадан. Это то время, за
ноторое распадается половина любого 1юш1че­
ства радиоа"тивного изотопа. Величины пе­
риодов
полураспада могут быть самыми
раз.1111чным11.
Известны изотопы, которые теряют подо­
внну своих атомов за миллиардную долю се­
�-.:унды. Известно и потрясающее «долголетие»,
когда продо.�:ш
ш
тельность жизни изотопа изме­
ряется ми.1лпардами 111иллиардов лет (рис. 5).
Сравнивая ве.1111чины пернодов по.1
1
ураспада
у изотопов, входящих в радиоактивные семей­
ства, можно сдедать любопытное наблюдение:
«отцы» се111еiiств отличаются от своих «детей)>
поразительньш доJ1годетием. У тория-232 пернод
полурасш1;:�,а равен 14 млрд..11ет; у урана-238-
примерно в трп раза меньше. А уран-235 рас­
падается знu•штсдьно акпшнее - за 700 м.'IН.
лет он растрачнвает половину своих ато:'lюв.
По сравнению с этимп громадными чис.1
1
ами пе­
риоды полураспада у друг11х изотопов, входящих
в семейства, очень 111а:1ы: се1\унды, минуты, дни,
годы, в лучшем случае-·десятки тысяч лет. На­
пример, самый до.'lгот1шущпil изотоп радня
распадается наподов1шу всего за 1620 дет.
Наша планета существует, юш считают уче­
ные, более 6 111.'Iрд. лет. Ес.1111 ur,; все радиоактив­
ные элементы: полоний, астат, радон, франций,
раrщй, антнний, протаl\тпниii - все, кро�1е
урана и торпя, былп бы, та" сказать, предо­
ставлены самим себе, у них не было бы нинюа1х
шансов уце.11еть за этот громадный срок. И уче­
ные терялись бы в дога;1,ках, 1.;уда девались семь
эле��ентов 1\онца пер11одичес1.;ой системы. Время
еще пощадило торий и уран, но и их количества
зю1етно уменьшились с момента образования
зеыного шара.
Если 111ы до сих пор находим в земных минера­
лах 1\оротRожtшущие радиоактивные элементы,
значит, онп непрерывно образуются вновь. И
источником их оl\азываются «отцы» радиоантив­
ных семейств - уран и торий. Погибая са:<.rи,
их атомы дают жизнь атомам других радиоактив­
ных элементов. и этот ИСТОЧНИI\ ИССЯl\Нет лишь,

РОЖДЕНИЕ, ЖИЗНЬ ·И СМЕРТЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
когда исчезнут на Земле торий и уран. А про·
изойдет это примерно через несколько десятков
миллиардов лет.
Уран и торий мы называем элементами пе
.
р­
вичными. Они- своеобразные «генераторы» вто­
ричных радиоактивных элементов (протакти­
ния, радия, технеция, прометия и др. ) .
Четвертое «древо» радиоактивных превра­
щений - («4n+1»-семейство)
оказалось
вымершим. Ученые искусственным путем при­
готовили все изотопы, которые должны были
входить в него. И у всех у них периоды полу­
распада ничтожно малы. Так малы, что изотопы
погибают, едва успев родиться.
ЧТО TAlrOE PAДllOARTllBHOCTЬ?
Радиоактивность - самопроизвольный рас­
пад атомов некоторых химических элементов,
расположенных в конце таблицы Менделеева.
Так отвечали ученые в начале ХХ столетия. Но
их ответ рождал новый вопрос: а почему этот
самопрои звольный распад происходит? Почему
атомы у одних химических элементов устойчи­
вы, а у других нет?
Одни исследователи пола гали, что радиоактив­
ный распад вызывается излучением, проникаю­
щим на Землю из мирового пространства, ­
чем-то вроде открытых в то время космических
лучей. Атомы тяжелых элементов обладают спо­
собностью накапливать эту энергию. Они воз­
буждаются, и воз буждение становится при­
чиной их радиоактивного распада. Но эта гипо­
теза не подтверждалась. Эксперименты убежда­
ли, что никакие внешние условия не влияют на
радиоактивный распад - не ускоряют и не за­
медляют его.
В 1906 г. ученым удалось сделать сенса­
ционное открытие. Элементы калий и руби­
дий, расположенные очень далеко от «неустой­
чивого» конца таблицы Менделеева, обнаружили.
слабую �-активность (рис. 6). Правда, периоды
полураспада их радиоактивных изотопов рав­
ны тысячам миллиардов лет. Но важен сам факт:
«тяжесты атомов, видимо, ни при чем и радио­
активность не привилегия элементов, завер- .
шающих периодическую систему.
Тогда у ученых появилась догадка. Быть мо­
жет, радиоактивность - это общее свойство
всех атомов: все они в итоге обречены на взаим­
ное превращение, на гибель. И только то, что
большинство изотопов обладает огромными пе­
риодами полураспада, не дает нам заметить их
радиоактивность.
Эту гипотезу пока нельзя ни подтвердить,
ни опровергнуть, но время работает на нее.
Число природных радиоактивных изотопов тех
элементов,
для которых радиоактивность
раньше трудно было и предположить, непрерыв­
но растет.
Естественная радиоактивность теперь обна­
ружена (или предполагается) у отдельных изото­
пов 50 с лишни111 элементов, не относящихся к
радиоактивным семействам. Правда, все они
отличаются огромной. долговечностью.
Другие исследователи видели причину ра­
диоактивности в неустойчивости самих атомов,
в том, что из-за каких-то загадочных причин,
свя занных со строением атомов, некоторые ато­
мы оказываются неспособными к постоянному
существованию. СловнG что-то разрывает их
изнутри. Такое объяснение ничем не могло
помочь науке. Ведь ученые в то время толком
не знали даже, как устроен атом. Атом считали
по.Ложительно заряженной материальной сфе­
рой, в которой инкрустированы точечные элек­
троны. Суммарный отрицательный заряд элек­
тронов нейтрализован положительным зарядо111
сферы. И это все, что было известно об атоме.
�л ВИЖУ АТОМ!·�
Тех, кто бывал в лаборатории Резерфорда,
всегда поражала простота ее оборудования. Ни­
каких сложных приборов! Иные аппараты каза­
лись даже примитивными. Но с их помощью зна­
менитый ученый и его сотрудники отвоевывали
у природы больше тайн, чем иные институты,
насыщенные сложной и дорогостоящей тех­
нико й.
279

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
�*****�
АЛЬФА-ЧАСТ11
1J.
Ы
Рис, 7.
С помощью нехитрого сооружения Резер­
форд до.казал существование атомного ядра. Это
произошло во врем.�r опытов, целью .которых бы­
ло определить, .ка.к рассеиваются а-частицы на
металлах. Прибор отмечал поведение та.ких
частиц, проходящих через тончайшую золотую
пластин.ку.
Выяснилось, что частицы ведут себя по-раз­
ному. Одни проходят черlЭз пластин.ку, не меняя
направление. Другие слег.ка от.клоняются в
сторону. А третьи почему-то отлетают обратно
.к источни.ку, словно натал.киваются на нео-жи­
данный встречный удар (рис. 7).
Резерфорд был поражен результатами э.кс­
перимента и говорил впоследствии о нем .ка.к о
самом невероятном событии в его жизни: «Это
было почти столь же невероятно, .ка.к если бы
вы выстрелили пятнадцатидюймовым снарядом
в .кусо.к тон.кой бумаги, а снаряд вернулся бы
и нанес вам удар».
Но этот «снаряд» в .клочья разнес прежние
представления о строении атома. Альфа-части­
ца могла отлететь строго назад, то.�1ь.ко столк­
нувшись с мощным положительным зарядом, да
еще если тот был бы с.концентрирован в малом
объеме (рис. 8). А по старым представлениям
280
атом - это расплывчатая сфера больших раз­
меров, на поверхности .которой положительный
заряд словно размазан тон.ким слоем.
Резерфорд сделал из этого опыта вывод:
у атома есть ядро, в .котором сгустилась почти
вся масса атома, и именно в ядре сосредоточен
весь положительный заряд. Диаметр ядра ока­
зался в 10 0 ООО раз меньше, чем диаметр атома.
Атом, ноторый раньше принимали за нечто не­
проницаемое, по сути дела оказался прозрач­
ным!
Так родилась резерфордовская модель атома.
Она представляла его строение подобным Сол­
нечной системе: в центре ядро - Солнце, во­
круг по орбитам движутся электроны - ш1ане ­
ты. Ядро, по представлениям Резерфорда, со­
стоит из протонов - носителей элементарного
положительного заряда - и электронов. Про­
тонов в ядре столько, сколько электронов содер­
жится в ядре атома и на его орбитах. Например,
в ядре атома гелия содержится 4 протона и 2
электрона. Заряд ядра гелия равен поэтому
+2, и нейтрализуется он двумя электронами на
электронной оболочке атома.
Но и эта модель не давала ответа на вопрос ,
в чем же причина радиою<тивности.
Резерфорд мог бы сназать: «Я вижу атом!»
Но чутьем гениального ученого он понимал,
что атом нужно не только видеть, но и разгля­
деть во всех деталях. И особенно его ядро. Но
у ученых не было средств, которые позволили
бы им проникнуть в глубь ядра. Оно представ­
лялось совершенно несокрушимым бастионом,
и даже самые мощные осадные орудия не могли
разрушить его нрепкие стены.
АЗОТ ПРЕВРАЩАЕТСЯ В КИСJIОРОД
У ядер тяжелых элементов большой заряд.
В опытах Резерфорда, 1•оторые привели к соз­
данию ядерной модели, поток а-частиц встречал
на своем пути ядра золота - элемента из конца
периодической системы. И электростатические
силы отталкивания между положительным за­
рядом альфа-частиц 11 ядрами атомов золота
были очень велики.
А если взять легкие элементы? Скажем,
азот. У его ядра небольшой заряд. Силы, от­
талкивающие а-частицу от такого ядра, были бы
значительно меньше. Быть может, альфа-ча­
стице удалось бы проникнуть в ядро?
. . . В самом конце первой мировой войны Ре­
зерфорд однаж
.
ды не явился на заседание Бри­
танского комитета борьбы с подводными лод-

РОЖДЕНИЕ, ЖИЗНЬ И СМЕРТЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Рис. 9 . Схема прибора, и котором Резерфорд 11аблюдал превра­
щею1с атом11ых ядер: 1 - диск, на котнрый был на11ссе11 пре­
парат, испускающий а-частицы; прибор запол11е11 азотом;
2 - отв1·рстие в стенке прибора; :1 - экран, покрытый сер­
нис.тым ци11ком; 4 - пр11способлеи11с для 11аблюде11ия вспы­
шек на зкране. Диск 11аход11лся 11а таком расстояюш от экра­
вв, что а-частицы нс могли его достигнуть. Но Резерфорд обна­
ружил 11а экране RСПЫШКИ (сцинтилляции) 11 сделал вывод, что
их вызынают R8KttP-TO другие частицы. Ими оказались прото-
ны, выбиваемые а-частицами из ядер азота.
каш1. Когда его упре1шули в невнимании к сво­
им обязанностям, он в весьма резкой форме отве­
тил: «Я был занят экспериментами, из которых
следует, что атом можно искусственно разде­
лить. А такал перспе1<тива значительно важнее,
чем война!»
Велию1й ученый нисколько не преувеличи­
вал. В июне 1919 г. он опубликовал результаты
своих исследований. С тех пор начался в атом­
ной науне новый этап - эпоха ис1>усственного
превращения эJ1ементов. В природных радио­
активных процессах элементы превращались
друг в друга естественным образом. Человек
оставался лишь свидетелем этого удивительного
явления. Резерфорд же дал человеку возмож­
ность управлять превращением элементов.
Резерфорд обстреливал азот а-частицами и
в результате получил какие-то более легкие
частицы (рис. 9). Он доказал, что эти частицы­
ядра атомов водорода, протоны. Значит, про­
тоны действительно входят в состав атомных
ядер. Если протон покидает атомное ядро, то
заряд ядра изменяется и рождается ядро нового
элемента.
Массовое число у изотопа азота - 14, заряд
ядра - 7 . В ядро азота влетает а-частица с мас­
сой 4 и зарядом 2. Образуется сложная систе­
ма: ее масса - 18, а заряд - 9. Вылетающий
протон уносит одну единицу массы и одну еди­
ницу заряда. В итоге получается ядро с массой
17 и зарядом 8. Заряд лдра, равный 8, может
быть только у кислорода. Следовательно, в опы­
тах Резерфорда азот превратился в кислоро.ц;
(рис. 10). Это превращение можно записать сим­
волами ядерной физики:
7No4 +
2
Не�-+s017 + iH1,
или в сокращенном виде: 7No1 (а, р) 8017,
где р - обозначение протона.
Резерфорду удалось расщепить и другие
лдра - атомов бора, натрия, фтора, алюминия,
фосфора и других элементов. Вот как, напри­
мер, протекало превращение алюминия:
iзAl27 + 2Не4-+ 14Siзо+
1
н1, илл �зА121 (а, р) 14Siзo.
Эта реакция вошла в историю ядерной физи­
ки как ее величайшая веха. На ее примере уче­
ные впервые подсчитали, какая энергия выде­
ллетсл при искусственном превращении эле­
ментов. И о:казалось, что при превращении алю­
миния в кремний выделяется в 700 ООО раз боль-
ЯДРО
АТОМА
ФТОРА-18 --
-"
вf'в
Рис. 10.
Р,Лt>Ф�. - Ч АСТИЦА
2Не4
АДРО АТОМА
АЗОТА (7N14J
ФПРОТОН
-
,н'
281.

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕ СТВО ПОСТРОЕНО
Рис. 11. Схема образования нейтронов: а-частиц ы выбивают
их из ядер бериллия. Если на пути нейтронов поставлен бру­
сок из параф11на, то из входящих в его состав атомов они выби-
вают протоны.
ше энергии, чем пр11 химическом сгорании та­
кого же количества углерода.
Но о:-частица могла сокрушить лишь ядра
легких элементов. Для того чтобы проникнуть
в ядра элементов тяжелее калия, ей не хватало
быстроты. Вот если бы о:-частицу удалось каким­
нибудь образом ускорить или найти другой
«снаряд», для которого положительный заряд
ядра не был бы помехой.
HEliTPOH И НОВА.Я l\IOДEe11IЬ АТОМА
В распоряжении физиков того времени был
протон - положительно заряженная частица и
эле1\трон - частица с таким же отрицательным
зарядом. Ученые давно пытались установить,
не существует ли частица с зар.Ядом, равным
ну.11ю. Еще в 1902 г. английский физик Сезер­
ленд робко предположил существование «нуль­
частицы». Через 18 лет Резерфорд вполне опре­
деленно предс1\азал нейтрон, частицу без
заряда, и предугадал ее свойства. Он представ­
лял ее себе как тесно слипшиеся между собой
протон и электрон. Но в то время опыты не под­
твердюш идею Резерфорда. Существование ней­
трона было доказано на опыте только в 1932 г.
За два года до этого события родился новый
термин: «бериллиевые лучи». Они возникали, когда
о:-частицами бомбардировали бериллий. Берил­
лий при этом не превращался в другой элемент,
но испускались какие-то лучи. Сначала ду­
мали, что это гамма-излучение. Но r-лучи не
могли обладать такой большой энергией и та­
кой проникающей способностью. Значит, «бе­
риллиевые» лучи - нечто новое.
282
Их природу установил ученик Резерфорда­
Джемс Чэдвик. Он доказал, что «бериллиевые
лучи»- это поток частиц с массой протона и не
обладающих зарядом. Отсутствие заряда и было
причиной их удивительной проникающей спо­
собности. Их назвали нейтронами (рис. 11).
В 1932 г. почти одновременно советский уче­
ный Д. Д . Иваненко и немецкий ученый Вер­
нер Гейзенберг предложили новую модель
ядра. Электроны начисто изгонялись из его
структуры. Их место заняли нейтроны. Число
протонов в ядре принималось -равным порядко­
вому номеру данного элемента. Одному и тому
же числу протонов могло соответствовать разное
число нейтронов. Так очень просто объяснилось
явление изотопии: изотопы какого-либо эле­
мента отличались числом нейтронов в ядрах
их атомов. Например, у изотопов азота с массо­
вьши числами 14 и 15 число протонов постоян­
но (равно 7), а число неilтронов равно либо 7,
либо 8. Но какие силы удерживают протоны и
нейтроны в ядр е, не дают ядру рассыпаться?
Ведь ·в ядре между по,1ожительно заряженнhlМИ
протонами должны существовать гигантс1ше
силы отталкивания.
Это объяснил японский физик Хидэки Юкава.
Он предположил, что протоны и нейтроны удер­
живаются в ядре с помощью особого «ядерного
клею) - частиц, которые примерно в 200 раз
тяжелее электрона (рис. 12). Позднее эти части­
цы назвали мезонами, и теперь наука знает не­
сколько их видов (см. ст. «Элементарные части­
цы», стр. 268). В ядрах протоны и нейтроны с
чудовищной быстротой нак бы обмениваются
мезонами, и благодаря этому обменному взаи­
модействию между составными элементами ядра
оно становится способным существовать.
ЦЕПЬ BE.JПIRHX OTRPЫTllii
Много лет элемент уран был «замыкающим»
в периодической системе. Сам Менделеев сове­
товал будущим понолениям исследователей
скрупулезно изучать уран. Еще при жизни уче­
ного в результате исследований урана было от­
крыто явление радиоактивности и обнаружен
в природе гелий.
В конце 30-х годов нашего стооетия уран
снова оправдал генна.'lьное предвидение Менде­
леева. И главным действующим лицом здесь
оказался нейтрон. Итальянский физик Энрико
Ферми в 1934 г. стал обстреливать нейтронами
один элемент периодическо
'
Й системы за другим.
Он, собственно, решил иным путем
'
повторить

РОЖДЕНИЕ, ЖИЗНЬ И СМЕРТЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
nнтереснеiiшие эксперименты супругов Ирен и
Фредерика Жолио-Кюри, ноторые годом раньше
подарили миру замечательное открытие.
Почему у химических элементов число изо­
топов, встречающихся в природе, все же весьма
ограниченно? Скажем, 1шс.1Iород имеет изотопы
с массовыми числами 16, 17 и 18. Но отчего нет
нислорода-19 или кнслорода-16? Вероятно, они
просто не могут существовать. Может, потому,
что попросту они неустоiiчивы? Ученые думали
об этом, но подтвердить догадку им долго не
удавалось.
Ее подтвердили своими э1>спери�1ентами
Фредерик и Ирен Жолио-Кюри. Ою1 изуча­
ли, какие вещества под действием адьфа-час­
т1щ способны испускать нейтроны. Такую спо­
собность нм удалось набшодать у алюминия.
Но если алюминий действительно испускает
нейтроны, то превращается он тогда не в крем­
ний, .ка11: мы видели пз уравнения ядерной ре­
акции на стр. 281, а в другой э.'Iемент - фосфор:
�зА121+
2
Не4�15рзо +оп�, �ши 13А121 ( а, п) l&рзо,
где п - обозначение нейтрона.
Но изотоп фосфор-30 был новым изотопом
элемента, не обнаруженным в природе. Ученые
нашли, что изотоп этот радиоактивен 11 продукт
его распада - креыннй-30. Этот изотоп .крем­
н11я мог образоваться то.'Iь.ко в том сдучае,
если бы фосфор пспустпл кю•ую-то частнцу с мас­
сой электрона, но с подопште.'Iьным зарядом. Та­
кую частицу от�.рьш в 1932 г. американец Карл
Андерсон. Она была названа позитроном.
Ита�;, бьш найден способ возбуждать пскус­
ственную ради:оа�.тивность, подучать исRус­
ственные радиоактивные изотопы, не сущест­
вующие в прпроде.
Таю�х рад110а1>тшшых
нзотопов известно теперь более тысячи. Кроме
того, супруги Жолио-Кюри обнаружили новый
вид радиоа1\тивного распада - позитронный,
т. е. испус1шние по.ТJожительного эле1прона,
или �+-распад (в отличие от электронного
�--распада).
Энрико Ферми решил получить новые ис­
Rусственные радuоаnт1шные изотопы, бомбар­
дируя различные эле�1енты нейтронами, а не
альфа-частицами, 1•ак Жолио-Кюри. Ферми не­
малого уа;е достиг, пона в его руки не попал эле­
мент уран. Тут он вдруг обнаружпл, что если
нейтроны предварительно замедлить, то с их
помощью ядерные реакции протекают значи­
те.'lьно интенсивнее. И вот поток медленных ней­
тронов обрушился на уран, и Ферми вскоре объ­
явил о сенсационных результатах. Под дейст­
вием медленных нейтронов из урана рождались
МЕЭОНЫ-<ЯдЕРНЫЙ КЛЕЙ-
<)
Рис. 12.
новые трансурановые эдементы. Эпидемия «транс­
урановой лихорадни» прокатилась по дабора­
ториям физических институтов.
Но как только хпмини вмешалпсь в дело,
оно приняло неожиданный оборот. На дне их
пробирок оседали не микроскоппчес1ше .кру­
шщы солей трансурановых э.1
1
ементов, а соеди­
нения элементов, появление �.оторых представ­
лялось совершенно загадочным. Это были соеди­
нения лантана и бария, элементов из середи­
ны периодической системы.
Тогда немецкие ученые Отто Ган и Ф. Штрас­
сман сделали невероятное предположение: под
действием медленных неiiтронов ядро урана может
разделиться на две части; и эти части - изо­
топы элементов из середины таблицы Менделее­
ва (рис. 13). Ган тут же написал статью об от­
крытии. Потом он вспоминал: «Пос.'Iе того, как
статья была отправлена по почте, все это по.ка­
залось стодь невероятным, что захотелось вер­
нуть статью обратно· из почтового ящика>).
Статья была опублинована 22 декабря 1938 г.
Тан было от.крыто деление урана.
Р11с. 13. Схемат11че�1юе изображение делею1я урана под дейот­
в11ем медленных неитронов. Оказааос ь , что нейтроны хорошо
замедляются в воде.
283

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
Ядро урана распадалось на два осколка.
При этом выделялась огромная энергия. Но
вместе с осколками из погибающего уранового
ядра вылетало несnолько свободных нейтронов.
Они могли разрушать другие ядра урана. И так
далее. При благоприятных условиях в куске
урана могла возникнуть так называемая цеп­
ная реакция деления - колоссальной мощности
ядерный взрыв (см. ст. «Атомный реактор»).
Человек осуществил процесс, которого, ка­
залось, не знала природа. Люди еще не обна­
ружили в ней столь глубокое превращение эле­
ментов. Изотопы 35 химических элементов -
от цинка (порядковый номер 30) до тербия
(порядковый номер 65) - были найдены среди
осколков деления урана - настоящий клад
радиоактивных изотопов.
ИСКУССТВ ЕННЫЕ �ЛЕМЕНТЫ
В 30-х годах нашего столетия понятие «от­
крытие элементов» сменилось другим: <�искус­
ственный синтез элементов>». R этому времени
в периодической системе пустовали клетки с
No 43, 61, 85 и 87. Неясным оставался вопрос
о существовании трансурановых элементов с
порядковыми номерами 93 и далее. Большин­
ство из всех этих элементов было искусственно
синтезировано раньше, чем их удалось обнару­
жить в земных минералах.
Ученые располагали солидным арсеналом
бомбардирующих снарядов: альфа-частицей,
протоном, нейтроном, дейтроном (ядром тя­
желого изотопа водорода - дейтерия). Недав­
но к ним прибавилась и такая крупнокалибер­
ная «артиллерия», как ядра атомов легких
элементов - бора, азота, кислорода, неона.
Ученые получили чудесные установки- ускори­
тели, которые позволяли разгонять атомные
«снаряды» до очень высокой скорости. Это силь­
но облегчало им задачу пробиться к бомбарди­
руемым ядрам.
Первым элементом, созданным человеком,
был технеций. Так назвали 43-й элемент
итальянские ученые R. Перрье и Э. Сегрэ
(греческое слово «технетос» - по-русски «ис­
кусственный)>). Они обстреляли молибдено­
вую пластинку дейтронами (d), и в резуЛьтате
ядерной реакции 42Мо98 (d, п) 43Тс99 родился
в январе 1937 г. изотоп первого искусствен­
ного элемента.
В 1940 г. ученые Rорсон, Мак-Rензи и Сегрэ
обстреляли быстрыми а-частицами ядра висмута.
Продуктом реакции оказался изотоп другого
284
искусственного элемента - астата (греческое
слово «астатос» - по-русски «неустойчивый)>);
его порядковый номер 85. Потом наступила
очередь прометия - 61 -го элемента. С 1940 г.
началась эпоха синтеза трансурановых эле­
ментов, и теперь нам известен уже изотоп лоу­
ренсия - элемента с порядnовым номером 103.
А совсеи недавно советские физики во главе
с Г. Н. Флеровым синтезировали более 15 0 ато­
мов изотопа 104-го элемента (см. ст. «На
пути к отnрытпю элемента 104»).
Замечательной «фабрикой)> некоторых искус­
ственных элементов стал ядерный реактор. В нем
происходит управляемая реа�щия деления
урана.
Среди осколков деления урана около 6%
приходится на долю изотопов технеция и про­
метия, которые и извлекаются в довольно боль­
ших количествах. В реакторе накапливается
и трансурановый элемент плутоний (Pu). Это про­
исходит так. «Делящимсю> материалом в реак­
торе служит изотоп уран-235. Но, помимо этого
урана, в реакторе есть и изотоп с массовым
числом 238. Ядра урана-238 захватывают ней­
троны, и начинается цепочка радиоактивных
превращений:
ЗЕМНАЯ ЖИЗНЬ
ИСКУССТВЕНН ЫХ �ЛЕМЕНТОВ
С помощью ядерных реакций было искус­
ственно синтезировано около 60 радиоизото­
пов технеция, прометия, астата и франция и
более 100 изотопов трансурановых элементов.
Периоды их полураспада оказались ничтожно
малыми по сравнению с возрастом Земли. На­
пример, самый долговечный изотоп франция
живет всего 21 минуту. А наиболее устойчи­
вый - плутоний-244
-
распадается
наполо­
вину за 76 млн. лет. Хотя все эти элемен­
ты - «вторичные», их земное существование
можно считать вполне вероятным.
Изотопы астата и франция входят в радио­
активные семейства (см. вкладку у стр. 288).
Но по сравнению с другими вторичными эле­
ментами они в весьма невыгодном положении.
Они располагаются на боковых ответвлениях
главных «магистралей» радиоактивных пре­
вращений. Эти ответвления объясняются спо­
собностью некоторых атомов распадаться двумя
различными способами.

РОЖДЕНИЕ, ЖИЗНЬ И СМЕРТЬ ХИМИЧЕСКИХ :ЭЛЕМЕНТОВ
Скажем, актиний-227 в ряду урана -235 в
основном способен испускать � - -частицы, элек­
троны. Но он может выбрасывать и а-частицу.
Такое явление называют еще «радиоактивной
вилкой)> . На «бета-зубце)> этой «ВИЛКИ>> находится
торий-227, а на «альфа-зубце)> - как раз изотоп
редчайшего франция. Так же «рождаетсю> и астат.
Поэтому вторичные астат и франций образуются
в очень малых количествах, а так как у них
и периоды полураспада ничтожно малы, то им
не удаетс я накапливаться в ощутимых количе­
ствах. Поэтому-то астат и франций - ред­
чайшие элементы Земли. С помощью очень
сложных расчетов ученые доказали, что в слое
земной коры толщиной 1, 6 км содержится лишь
несколько граммов этих эпементов.
Обнаружили ученые в земных минералах
и первые трансурановые элементы - непту­
ний и плутоний. и в довольно солидном коли­
честве: примерно 2600 т плутония и 230 т
непт уния на всю массу земной коры. «Генера­
тором)> этих вторичных элементов оказывается
опять-таки уран. В природе немало свободных
нейтронов. Они поглощаются ядрами урана-238,
и происходит та самая цепочка радиоактивных
превращений, которая протекает в атомном
реакторе.
Ко вторичным элементам можно причислить
и технеций с прометием. В 1940 г. советские
ученые К. А . Петржак и Г. Н. Флеров от­
крыли совершенно новый вид радиоактивных
превращений. Оказалось, что ядра урана-238
могут распадаться на два осколка примерно
равной величины - распадаться не под дейст­
вием нейтронов, а самопроизвольно. Чтобы до­
казать это, Флерову и Петржаку пришлось
проводить свои эксперименты на дне глубокой
шахты Московского метрополитена. Многоме­
тровая толща земли не пропускала сюда ней­
троны космического излучения, которые могли
бы исказить результаты опытов.
Уран-238 распадается самопроизвольно с
очень большим периодом полураспада (около
1010 лет). И осколки его распада получаются
в таком же обширном ассортименте, как при
делении урана поц действием нейтронов. Среди
этих осколков есть изотопы технеция и проме­
тия. Период полураспада самого долговечного
изотопа технеция равен примерно 2 миллионам
лет, а прометия - всего 18 годам.
Земные ресурсы вторичных технеция и про­
метия совершенно ничтожны. И тем не менее
в 1961 г. американские ученые Кенна и Курода
обнаружили в урановых минералах чуть при­
метные следы технеция.
Очередь теперь за прометием. Возможно 1
что и исчезающие малые количества более тя­
желых земных трансуранов, чем плутоний,
когда-нибудь попадут в руки ученых. И помо­
гут в этом сложнейшие и чувствительнейшие
радиометрические приборы.
КАК ОБЪЯСНЯЕ ТСЯ
РАДИОАКТИВНОСТЬ
COBPEl'tlEHHOП ПАУКОВ?
Существует наука с довольно скучным на­
званием: «изотопная статистик ю>. Она наводит
строгий бухгалтерский учет для тысячи с лиш­
ним радиоактивных изотопов.
Вспомним, какие виды радиоактивных пре­
вращений нам известны. Это - альфа-распад,
бета-распад и спонтанное (самопроизвольное)
деление.
Обратим особое внимание на бета­
распад. Изотопная стати стика подсчитала , что
около 80 % всех радиоактивных изотопов
распадается по типу бета-распада.
Бета-распад объединяет три самостоятель­
ных вида радиоактивных превращений. Первый
вид - испускание электрона (�--распад). Вто­
рой вид - испускание позитрона (�+-распад) .
Третий вид обнаружил в 1937 г. американский
ученый Лупе Альварец. Оказалось, что некотор ые
ядра могут поглощать электроны с ближайших
к ядру электронных оболочек. Заряд ядра-по­
глотителя, как и при �+-распаде, уменьшается
на единицу. Природная радиоактивность ка­
лия-40 как раз связана с тем, что ядром этого
изотопа поглощается . орбитальный электрон
(см. рисунки 5 и 10 в ст. «Великий закон »). Если
электрон поглощается ядром с К-оболочки
(ближайшей к ядру), то это так назьшаемый
К-Захват ; если со следующей L-оболочки- это
L-захват, но он встречается крайне редко.
Значит, в процессах бета-распада обязательно
участвует либо электрон, либо его электриче­
ский антипод - позитрон.
Ядра состоят только из протонов и нейтро­
нов. И тем не менее при �-
- или при �+-распадах
из ядер вылетают электроны и позитроны. Мо­
дель ядра не приемлет электроны, и между
тем электрон поглощается ядром при орбиталь­
ном захвате. Как же это понять?
А если допустить, что ядерные протоны и ней ­
троны не неизменны и способны превращаться
друг в друга? Ядерный нейтрон может превра­
щаться в протон, при этом вылетает электрон
и заряд ядра увеличивается на единицу. Тут
происходит �--распад. Ядерный протон в свою
283

RAK И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОС:
:
ТРОЕНО
очередь может стать нейтроном, а положитель­
ный заряд уносится вместе с позитроном. Заряд
ядра станет на единицу меньше. Здесь мы
имеем дело с �+-распадом. Заметим, что одно­
временно с позитроном или электроном выле­
тает элементарная части ца нейтрино v (или
антинейтрино ;).
Мы11
1
ожем записать эти виды распадов в
в виде схем:
п-+р+е-
+�и р-+п+е++v.
А процесс орбитального захвата можем изо­
бразить так:
р+е--+п+v.
Выходит, что при � -
-распаде ядро, теряя
нейтрон, приобретает лишний протон, а при
�+-распаде и орбитальном захвате оно, наоборот,
меняет протон на нейтрон. Механика, на Ilер­
вый взгляд, очень несложная.
Но почему тогда далеко не все ядра подчи­
няются этой механике? .
Важнейшее условие устойчивости атомных
ядер - отношение числа содержащихся в них
нейтронов к числу протонов (п :р). Это соот­
ношение меняется с ростом заряда в ядре. Оно
приблизительно равно 1 у изотопов лепшх
элементов и достигает 1,6 у тяжелых. Только
при определенных величинах отношения п:р
ядра устойчивы. При других же отношениях
они способны к бета-распаду.
Неустойчивы ядра с большим числом ней­
тронов - у них велико отношение п:р. Как
оно может уменьшиться? Только если п станет
меньше, а р - больше, если нейтрон превра­
тится в протон, испустив электрон, т. е . путем
�--распада. Поэтому все тяжелые изотопы с из­
бытком нейтронов оказываются � -
- аl\тивными.
Когда же отношение п:р мало, то у ядра
появляется стремление заменить протон на ней­
трон и, испустив позитрон, восстановить равно­
весие. Легкие радиоактивные изотопы химиче­
ских элементов надо считать приверженцами
�+-распада.
Орбитальный захват - это тоже привилегия
легких изотопов, стремящихся к обмену протона
на нейтрон. Но встречается он главным образом
у элементов, у которых внутренние электрон­
ные оболочки расположены близко к ядру,
т. е . у элементов в середине и в конце перио­
дической системы.
Почему же ядра остаются устойчивыми при
каких-то «избранных» отношениях п:р? Может
быть, эта устойчивость мнимая и ядра даже
при этих соотношениях в очень слабой (не­
обнаружимой пока)
степени радиоак тивны?
286
Или Же вся эта схема лишь весьма грубое
приближение к действительности - своего рода
«рабочая модель»?
Словом, на вопрос: «Что такое радиоактив­
ность? » - в наше время еще нет исчерпываю­
щего ответа. Быть может, кому-нибудь из вас
придется принять участие в его решении.
Обратимся теперь к другим видам радиоак­
тивного распада. Ал ьфа-распад - явление ча­
стое среди радиоактивных изотопов. И глав­
ным образом у элементов конца периодической
системы. Вылет 11-частицы сопровождается из­
менением массы исходного ядра на 4, а заряда­
на 2 единицы. Поэтому долгое время считалось,
что к альфа-распаду способны только самые
тяжелые, наиболее сложные ядра - ядра эле­
ментов начиная со свинца и висмута.
Каково же было удивление ученых, когда
они установили, что альфа-распад может быть
у многих изотопов редкоземельных элементов,
расположенных в середине таблицы Менделе­
ева. Отдельные изотопы лантана и церия, пра­
зеодима и неодима, самария и гадолиния, диспро­
зия и тербия по странной прихоти природы
охотно теряют альфа-частицы.
Оправдать эту прихоть помогла так назы­
ваемая оболочечная модель атомного ядра.
Протоны и нейтроны слипаются в ядерный ко­
мок не в беспорядке, заявили ученые. На­
против, составные частицы ядра должны распо­
лагаться в строгом порядке. Подобно тому
как э.Тiектроны в атомах распределяются по
оболочкам, ядерные протоны и нейтроны также
разJiожены по «полочкам» с разными уровнями
энергии и на эти «полочки» вмещаются строго
определенные количества протонов или ней­
тронов - 2, 8, 20, 50, 82, 126. Ядра, содержащие
такие количества частиц, получили название
«магических», их можно считать своеобразными
«инертными газами» в периодической системе
изотопов (подробнее об этом см. в ст. «Великий
закон»).
Ядра изотопов редкоземельных элементов
содержат количества нейтронов, близкие к «ма­
гическому)> числу 82. И эта близость, как до­
казали физики, способствует нарастанию веро­
ятности 11-распада. Поэтому в области редко­
земельных элементов наблюдается первая на
протяжении периодической системы «вспышк ю>
11-активности. В районе классических 11-излу­
чателей (элементы :конца таблицы Менделеева)
дает себя знать близость оболочки из 126 ней­
тронов.
В целом 16 % радиоактивных изотопов рас­
падаются, испуская 11-частицы.

РОЖДЕНИЕ, ЖИЗНЬ И СМЕРТЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Спонтанное (самопроизвольное) деление -
это самый кардинальный тип радиоактивных
превращений. Оп встречается только у очень
тяжелых ядер. Ему nодвержены многие
а-активные ядра, а в особенности у изотопов
трансурановых элементов. У ядер, находящих­
ся в соседстве с ураном, спонтанное делепие­
явление очень редкое. Если бы в природе суще­
ствовало только спонтанное деление, то, на­
пример, из 1 г изотопа тория-232 осталось бы
0,5 г за колоссальный срок, который даже
трудно себе представить, - 10 21 лет. Этот изо­
топ превращается гораздо быстрее благодаря
а-распаду.
С ростом заряда в ядре вероятность само­
прои звольного деления стремительно нарастает,
и, например, у изотопа менделеви й-256 (по­
рядковый номер 101) период полураспада при
спонтанном делении равен всего 30 минутам.
Физики установили четкий критерий способно­
сти ядра к самопроиз вольному делению. Оп
измеряется отношением квадрата заряда ядра Z
к атомному весу А (массовому числу) изотопа.
Как только величина Z2 : А достигает значения
44, 5, самопроизвольное деление становится ве­
роятным.
Оболочечная модель ядра не может объяс­
нить, как происходит мех анизм спонтанного
деления. Приходится привлекать для этого
другую модель - капельную . Ученые давно про­
водили аналогию между свойствами ядра и
св ойствами капли жидкости. Если капле сооб­
щить достаточную энергию, привести ее в дви­
жение, то она может разделиться на более
мелкие капли. Подобным же образом и ядро,
если оно, как говорят физики, придет в возбуж­
денное состояние, способно делиться - либо
под действием нейтронов, либо самопрои звольно.
УП Р AB.JIЯEMЫii
РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД
То, о чем сейчас пойдет речь, быть может,
вам покажется весьма фантастическим. Возмо­
жен ли управляемый радиоактивный распад?
Ученые воздерживаются пока от каких-либо
конкретных гипотез в этой области.
Но здесь нелишне вспомнить любопытный
исторический парадокс. Всего за несколько
лет до того, как был пущен первый ядерный
реактор, такие великие умы человечества, как
Эйнштейн и Резерфорд, скептически отпоси­
ЛИ(:Ь к возможности практического применения
ядерной энергии .
·
Бесчисленные эксперименты убеждали: че­
ловек пе властен по своему усмотрению изме­
нить · ритм атомных «часов», оп не может ни
замедлить, ни ускорить радиоактивный распад.
Ученые подвергли радиоактивные вещества дей­
ствию солнечного жара и космического холода,
сильнейших электрических и магнитных полей,
исполь зовали глубокий вакуум и давление
в сотни тысяч атмосфер - периоды полурас­
пада радиоактивных изотопов не изменялись.
Но есть среди процессов радиоактивных
превращений уже знакомый нам орбиталь­
ный захват. В этом процессе участвуют элект­
роны с внутренних оболочек. У изотопов
какого-нибудь очень легкого элемента мало
электронных оболочек, и все они фактически
внешние. Напомним, что химические свойства
элементов как раз зависят от числа электронов
и их расположения на внешних оболочках
атомов. У элементов второго периода таблицы
Менделеева валентные электроны, участвующие
в химических связях, находятся во второй,
т. е . в L-оболочке. В теории валентности су­
ществует понятие плотности валентных элек­
тронов. Они могут быть расположены, грубо
говоря, гуще либо реже. Это зависит от
того, входит данный элемент в состав какого­
нибудь соединения или же . оп находится в сво­
бодном состоянии.
При орбитальном захвате ядро может погло­
щать электрон с L-оболочки. Чем бли же к
ядру расположена эта оболочка, чем гуще на
ней скопление электронов, тем более вероятен
L-захват. А ведь только что мы видели: у легких
элементов электроны L-оболочки валентные.
Следовательно, если найти такой элемент, у
которого, во-первых, существует L-захватный
изоrоп, а, во-вторых, электроны L-оболоч ки
валентные, то пе повлияет ли на период полу­
распада форма химического соединения, в кото­
рое этот элемент входит?
Есть такой изотоп: бериллий-7 . Именно е
ним поетавили свои эксперименты ученые Сегрэ
и Буше. И пришли к поразительному выводу:
когда бериллий входил в состав соединения
BeF2 , то скорость L-захвата в бериллии-7 хоть
и на малую величину, но ощутимо замедлялась
по сравнению с таким же процеесом в чистом
металлическом бериллии. В соединении густо­
та электронов L-оболочки оказалась меньше.
Влиять на скорость а-распада, спонтан­
ного деления, испускания электронов и пози­
тронов еще невозможно: ученые пе видят для
этого конкретные пути. А ведь какие грандиоз­
ные перспективы откроет перед человечествоr.r
287

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
возможность регулировать процессы радиоак­
тивного распада!
Если бы ученые научились увеличивать ско­
рость распада долгоживущих радиоактивных
ИЗОТ()ПОВ, то тем самым они безгранично расши­
рили бы ассортимент ядерного горючего. Едва ли
не I\аждый элемент периодической системы смо ­
жет стать тогда источником ядерной энергии.
Если бы мы, наоборот, сумели замедлить
скорость радиоактивного превращения корот­
ноживущих изотопов, как бы «заморозилю1 пе­
риоды их полураспада, тогда возможность син­
теза сверхтяжелых трансурановых элементов
стала бы гораздо шире. Пока что предел их ис­
кусственного получения уже близок. Вряд ли
ученым удастся изготовить образцы с порядко­
выми номерами больше 110: изотопы этих эле­
ментов будут погибать, едва успев образовать­
ся, - такую сильную радиоактивность пред'ска­
зывает для них теория. Если ученые научатся
«замораживаты> периоды полураспада, периоди­
ческая система попоJiнится многими новыми
элементами, да еще в количествах, которые бу­
дет легко взвесить на обычных лабораторных
весах.
Что же мешает? Да то, что мы неясно пред­
ставляем себе механизм ядерных сил. И устрой­
ство самого ядра для нас еще во многом зага­
дочно .
CRO.J
J
ЬRO ВИДОВ РАДИОАКТИВНЫХ
IIРЕВРАЩЕНИЙ СУЩЕСТВУЕТ?
История исследований радиоактивности про­
текала примерно так же, как и история любой
другой науки : ученые сначала открывали те
процессы и явления, которые, так сказать, ле­
жали на поверхности. Не мудрено поэтому, что
испускание ядер гелия и электронов удалось
обнаружить уже вскоре после работ Беккереля.
Зато открытие позитронного распада, орби­
тального захвата, самопроизвольного деления
потребовало уже специальных знаний и слож­
ных приборов.
Удастся ли нам еще пополнить перечень
видов радиоактивных превращений?
Теоретики уже давно предсказывали новый
вид радиоактивности - так называемую про­
тон ную радиоактивност ь. Те изотопы, пола­
гали ученые, у которых в ядрах очень мало ней­
тронов (мало отношение п:р) , могут самопроиз­
вольно испускать протон. Наши эксперимен­
таторы во главе с Г. Н. Флеровым доказали
288
это на опыте. Теоретики полага ют, Что воз можна
и двухпротонная ра диоактивность.
Теория предсказывает также, что должно
пополниться «семейство» бета-распадов. Его
предполагаемый член именуется в науке двой­
ным �--распадом . Некоторые ядра смогут испу­
скать одновременно два электро на, а два
нейтрона - превращаться в протоны. Можно
насчитать немало ядер, у которы х предполагается
ц- -рад иоа ктивность. Период ы их полурас пада
доJiжны быть огром ными.
А дальше?
Нисколько не фантастично пре� положить,
что еще наше поколение пополнит перечень
видов радиоактивных превращений.
Вот, если хотите, тема для размышлений.
Маленькая аналогия из области истории науки.
Прежде чем было открыто самопроизвольное
деление урана, ученые узнали об искусствен­
ном делении его ядер под действием медлен­
ных нейтронов. Механизм обоих процессов оди­
наков, состав осколков один и тот же.
Сейчас в ядерной физике широко известен
процесс расщепления тяжелых ядер под дей­
ствием быстрых частиц, например протонов.
Они откалывают от ядер «куски», «фрагменты»
самой различной величины. В процессе расщеп­
ления получаются изотопы почти всех химиче­
ских элементов таблицы Менделеева.
А может быть, подобное радиоактивное пре�
вращение протекает и естественным образом?
Может, ядра элементов конца периодической си­
стемы самопроизвольно испускают «фрагменты)>,
более крупные, чем альфа-частицы? Напри­
мер, легкие ядра лития, бериллия, углерода,
азота? Любопытно, что эта идея «фрагментар­
ной» радиоактив ности не так уж нова: еще
в 1926 г. один английский ученый доказывал,
что уран обладает своеобразной «азотной)> радио­
активностью, т. е. его ядра способны выбрасы­
вать ядра азота.
Несомненно одно : атомы куда более изо­
бретательны в выборе вида радиоактивности,
чем представляем мы себе сейчас. Но когда
ученые пытаются в этой изобретательности
разобраться поглубже, они упираются в сла­
бое знание «внутренней жизню> атомных ядер.
ГАММА-.J
J
УЧИ
Мария и Пьер Кюри разделили лучи, откры­
тые Беккерелем, на три пучка : альфа-частицы,
бета-частицы и гамма-лучи. До .сих пор мы гово­
рили только о первых двух пучках. Гамма-лучи

РОЖДЕНИЕ, ЖИЗНЬ И СМЕРТЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
так же играют большую роль во многих видах
ра диоактивного распада. У этих лучей много
общего с лучами Рентгена. И те и другие пред­
ставляют собой электромагнитные излучения .
Только длина волны у гамма-лучей значительно
короче . В природе вообще нет в олн более корот­
ю1х, чем гамма-лучи.
Рентгеновскпе лучи в озникают в атоме в ре­
з ул ьтате перехода электронов с одной оболочки
на другую , бо,�:ее глубокую . Энергия , выделяю­
щаяся в этом процессе , проявляется внешне в
виде рентгеновского излучения. У гамма-лучей
уже не электронная , а ядерная природа. Атом­
ное ядро , приобретя некоторый избыток энер­
гии , приходит в возбужденно е состояние. Оно
стремится избавиться от и злишней энергии
и перейти в обычно е (невозбужденно е) состоя­
ние. :Когда же тююй переход происходит , вы­
деляется гамма-квант , рождаются гамма-лучи.
Квант - это определенно е, наименьш ее из воз­
можных , количеств о энергии.
Ядр о , образов авшееся в результате альфа­
или бета-превращения , обычно приходит в
состояние возбуждения. Поэтому альфа- и
бета-распады часто сопровождаются гамма-из­
лучением. При гамма-излучении превращение
э л ементов не происходит.
Гамма-квант может , еще не вылетев за пре­
делы атома , передать свою энергию одному из
эле ктронов (т акое явление в науке назы­
вается вн утр енн ей кон вер сией). Электрон, по­
глотивший гамма-кв ант , вылетает из атома, а
на его место пе реходит электрон с другой
об олочки. При переходе электронов с обо­
лочки на об олочку появляются лучи Рентгена.
Мы уже говорили о ядр ах-родственниках -
об изот опах. У изотопов какого-либо элемент а
одинаковое количество пр отонов и различное
кол ичество не йтр онов. Исследование гамма­
лучей позволило ученым обнаружить в мире
атомов и другие родственные группы: изобары
и изомеры (рис. 14).
Изобар ы («и зобары» по-гречески - «равно­
тя Желые») при надле жат разным элементам, но
и меют одинаковые массовые числа , одну и ту
же сумму протонов· и нейтр онов , хотя количе­
ства протонов у них различны. Например ,
изотопы бериллий-10 и бор-10
-
изобары.
Изомер ы на первы й взгляд ничем не разли­
чаются, у них равны не только суммы, но и в
отдельности числа пр отонов .и нейтронов. Но
способность к радиоактивности у них различна.
Ядр о у одного изомера рас падается быстрее,
чем у другого . Это объясня ется тем , что
их ядра находятся в различных энергетических
о19д.э.т.з
изотопы
ИЗОБАРЫ
Рис . 14. Примеры изотопов (число протонов одинаково;· число
нейтронов различно), 11зобаров (числа протонов и нейтронов
различны, одинаковы их суммы) 11 изомеров (числа протонов
и нейтронов одинаковы, различны энергии ядер).
состояния х: одно возбуждено, другое - нет.
Так , например , у протактиния-234 два изоме­
ра. Возбужденное ядро одного из них рас па­
дается с пе риодом полур аспада 1, 18 минуты ,
а не возбужденное ядр о другого рас падает­
ся наполовину за 6, 7 часа. Возбужденное
ядр о переходит в невозбужденное состояние,
испуская гамма-лучи . Сейчас ученым известно
более 200 изомерных пар.
289

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
КОРОТКО О HYKJIOHAX
Ка:кие бы удобства ни представляла пр отон­
но-нейтронная модель ядра, она все-та:ки лишь
схема , :котор ая более или менее уд ачно объяс ­
няет фа:кты, накопленны е ядерной физикой.
Физики, в :конце :концов, пришли к весьма
неожиданному выводу. «Чистых» протонов
и нейтронов в ядре нет. Есть не:кое ядерное
вещество. Отдел ьные «кусочки» этого ядерного
вещества.
-
ну:клоны - могут существовать в
двух сост ояниях: иметь пол ожительный заряд
или вообще не иметь заряда. Эти два состояния
могут превр ащаться друг в друга. Внешне такое
пр евр ащение выглядит :ка:к превращение нейт­
рона в пр отон или наоборот. И объяснять при­
роду ядерных сил теперь пытаются, рассматри­
вая обмен мезонами между двумя ну:клонами.
В посл едние годы ученые решили выяснить ,
:как устроен нукл он. Для этого потребовалис ь
весьма тонкие и сложные э:ксперименты, весь
арсенал знаний, нак о"пленных яд ерной физи­
:кой. Им уд алось определит ь размер ну:клона ,
его радиус. Радиус ядр а был известен фи зи­
:кам уже давно. Он равен в среднем 1,35 .10-13 см
(для ср авнения у:кажем, что радиус про­
стейшего атома - атома водор ода - 10
-
s см).
Пл отность ядерного вещества чудовищно ве­
лик а - около 2 -1014 г/см3, т. е . примерно
200 млн. т в одном :кубическом сантимет ре.
Если бы из вещества подобной плотности уда­
лось изготовит ь шар радиус ом в 200 м, он весил
бы стол ь:ко, сколько планета Земля.
Ученые пр едставляют себе строение ну:к лона
так. В центре его находится своеобразное ядрыш­
:ко - «керн». Его радиус примерно равен
0,3 .10-13 см. Керн окружен «обла:ком» , состоя­
щим из мезонов. Что представляет собой
:керн, пока еще неизвестно. Мы знаем о нем еще
мен ьше, чем о стр оении ядр а Земли.
Нуклоны , находящиеся в положительно за­
ряженном состоянии (пр отоны) , и нук л оны, не
имеющие заряда (нейтроны) , ведут себя по-раз­
ному. Ну:кл оны остаются для ядерной физики
«загадкой .No 1» , а точная расшифровка их
стр оения помогл а бы ответить на множество
важнейших вопросов. В том числе и на такой:
что же та:кое радиоактивность?
МАJIЕНЬКАЯ ИНТЕР1'1ЕДИЯ
В 1896 г. Анри Беккерель от:крыл радио­
активность. Пят ьдесят лет спустя над пусты ­
ней Лос-Аламос вырос ядовитый атомный «гриб ».
290
Еще через 10 лет со стапелей ленинградской
судоверфи сошел первый в мире атомный ледо­
:кол «Ленин». За :короткий срок атом , :который
считался неизменным, стал и атомом-разруши­
телем и атомом-со зидат елем.
На первых порах прир ода зашифр ов ала
новое для науки явление - радиоактивн ость.
Неизмерим труд сотен ученых, которые в раз­
ных странах переводили таинственные знаки
природы на конкретны й язы:к науки. И сейчас ра­
диоактивност ь пр едставляется нам огр омной и
интересной :книгой. В ней еще не понятны мно­
гие стр оки и даже целые стр аницы. Эту книгу
предст оит еще дописывать и дописывать гря-
дущим поколениям ученых.
.
Трудно переоценить значение радиоа:ктивно ­
сти для судьбы Земли. Радиоа:ктивность «повин­
на)> в том, что наша планета, :которая сначала
была хол одным шаром , постепенно разогрева­
лась. Ее согр евало тепло р адиоактивного ра с­
пада урана , тория и неустойчивого изотопа
:калия.
Земные элементы живут. Они гибнут и рож­
даются. Одни элементы превращаются в др угие.
Ради оактивны й распад прив одит :к тому, что
в земном шар е изменяется содер жание изотопов
различных элемент ов. Происходит медленное
исчезновение менее устойчивых и на:копление
более устойчивых изотопов"
А тут еще, :кроме внутренних ядерных сил,
в жизненны е пр оцессы элементов вмешиваются
силы внешние: бесчисленное множество ядер­
ных реа:кций, протекающих в земной :коре ;
частицы, входящие в состав :космического излу­
чения ; свободные нейтроны. Такие внешние с и­
лы дополнител ьно вызывают превр ащение хи­
мических эл ементов на Земле.
Но известны дале:ко не все эти внешние
силы: наук а только-толь:ко начала изучать
подобные ядерные реа:кции, происходящие в
прир оде. Мы стоим сейчас на пороге той,
пока загадочной области знаний, которую
следовало бы назвать эволюцией химичес
.
ких
элемент ов на Земле.
Радиоа:ктивность - не частная привилегия
земных элементов. Куда необъятнее темы «Все­
ленная и радиоактивность» , «Вселенн ая и ядер­
ные реа:кцию>. Космос - это подмост:ки гигант­
с:кой сцены, на :которой разыгрываются целые
трагедии в мире химичес:ких элементов. И разы­
грываются в масшт абах , :которые трудн о себе
предст авит ь.
Пример та:кой трагедии - происхождение
химичес:ких элементов. Во Вселенной идет веч­
ны й процесс образования элементов , всех эле-

РОЖДЕНИ Е, ЖИЗНЬ И СМЕРТЬ ХИ МИ ЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
мент ов, которые на Земле расположились на
клетках велик ой карты
периодической си­
стемы Менделеев а.
ПОЧЕ1'1У СВЕТЯТ ЗВЕЗДЫ?
Ученые дав но искали ответ на этот вопрос .
Химики говорили: в недрах звезд прои сходят
гигант ские химические пр оцессы горения. Фи­
зики подсчитывали, размышляли, делали вы­
вод: «Заблуждение! Хи мические реакции не
могут выделять такое громадное количеств о
тепла. Звезды светят ми ллиарды лет , а запас ов
химического топлива хвати ло бы очень нена­
долго».
Исследователи ради оактивности придер жи­
вались иных взглядов: «Звезды - это гигант­
ские кладовые радиоактивных элементов , -
говорили они .
-
Даже таких тяжелых , кото­
рые неизвестны на Земле . Тепло их распада
и питает вечны й звездный огонь». Теор етики
исписы вали горы бумаги и разв одили руками:
в тепловом балансе звездного хозяйства концы
не сходились с концами . Ради оактивный рас­
пад при всем его могуществе не мог быть источ­
ник ом светимости звезд.
Шведский учены й Сванте Аррениус первым
назвал совершенно неожиданный источник энер­
гии звезд . Он предположил , что существует
природны й пр оцесс, при котор ом легкие ато­
мы , например водор од, могут соединяться в
более тяжелые: «Гелий пр едставляет собой
важны й элемент на пути от водорода к более
тяжелым элементам» .
Если перев ести слова Аррениуса на язык
современной нау ки, то они будут звучат ь так:
основ а энергетического богатства звезд - пре­
вращение ядер водорода в яд ра гелия. А если
в звездах происходит пр оцесс п остепенного
усложнения атомны х ядер, то это- основная
идея, на которой можно стр оит ь предполо­
жения о путях происхождения всех хим ических
элементов .
В 1928 г. фи зики-теоретики австриец Хоутер­
манс и американец Аткинсон превратили ги по­
тезу Аррениуса в науч ную теорию . Они пока­
з али, по каким последов ател ьным ступенькам
происходит превращение водорода в гелий, и
подсчитали, что этот пр остейший синтез яд ер
может очень долгое время разогревать небесное
светило . Ведь при превращении 1 г водорода
в гелий выделяется 1250 млрд . дж (300 млрд.
калорий) тепла (рис . 15). Этого превращения
вполне достаточно , чтобы , скажем, Солнце
19*
·Рис. 15. Превращен ие ядер водорода в ядра гелия сопровож­
дается выделен ием огромного кол11чества анергии.
могл о щедр о одаривать Землю своими лучами
многие ми ллиарды лет. Подавляющее большин­
ство изв естных вам звезд фактически сост оит
из водорода и гелия . Прочие элементы на них -
лишь неб ольшая примесь. Если на Земле преоб­
ладают кислород и кремний, то в космосе наи­
более распространены именно водород и гели:й­
самые первые, самые легкие элементы перио­
дической системы.
·
Но гелий может рождат ься из водорода толь­
ко при очень высоких температур ах. Самые
легкие ядра вступают в термоядерные реакции ,

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
если в звездны х недр ах господствует жар в
10 млн. градусов . Чтобы гелий мог превращать'"
ся в более тяжелые элементы , такой темпер а­
туры уже недостаточно .
Астр офизик Ганс Бете в 1938 г. подсчит ал:
":'ОТ максимум темпер атуры, на который «спо­
собны» недра обычных зв езд , не превышает
20 млн. градусов . Но при такой температуре
nд ерный синтез не пойдет дальше образования
гелия.
Одно из двух: или звезды - неподходящие
«ф абрики» химических элементов и те каким-т о
неведомым способом образов ались, когда и са­
мих-то звезд еще не существовало, или сле­
дует искать особые, сверхгорячие звезды ,
раскаленны е до миллиардов гр адусов.
«ВЕСЬ МИР ЗА ПЯТНАДЦАТЬ
МИНУТ»
Ученые стали развивать теории дозвездного
образов ания элемент ов. Воображение рисова.110
им потрясающие температуры в сотни мил­
лиардов гр адусов , огр омны е давления , веще­
ств о, сжатое до пр едела, такое тяжелое, что
маленькая его крупинка весила бы больше
Земли . В подобных условиях и могли синтези­
роваться все элементы .
. ..Если бы в наук
·
е было принято реклами­
ровать ту или иную теорию , то суть так назы­
ваемой альфа-бета-гамма -теории можно было бы
вы разит ь фр азой: «Вес ь мир за пятнадцать ми­
нут» . Ее авторы -ученые Х. Ал ьфвен, Г. Бете и
Г. Гамов . Теорию назв али начальными буквами
греческого алфавита по созвучию с фамилиями
этих ученых. Ее смысл: все элементы образо­
вались раньше , чем появилис ь сами звезды.
В основе этой теории" .
Впр очем , снач ала обратимся к нашему ста­
рому знакомому - нейтр ону. Как ведет себя
своб однь1й нейтр он , не связанный с други­
ми частицами крепкими путами ядерных сил?
Оказы вается , он совсем не так устойчив , как
хотелось бы думать. Он может превр атиться
в пр отон. Словом , нейтрон подв ержен �--р ас­
паду . И период полур аспада нейтрона очень
мал: около 12 минут.
На этой особенности нейтр она и постр оили
свои умозаключения Альфвен , Бете и Гамов.
Их теория
начиналась подобно сказке:
«Давным-давно во Вселенн ой не было звезд .
А вся материя космоса пр едставляла собой
огр омный сгуст ок . Этот сгусток состоял из
одних лишь нейтронов». Это «полинейтронное
29:!
Р11с. 16. «Все элементы был11 созданы всеrо за 15 минут!» -
провозrласила альфа-бета-rамма-теория . Увы, она оказа­
лась подобной воздушному шару, который лопнул, не успев
подняться".
ядро» было сжато таким чудовищны м да влени ем,
что нейтр оны даже не могли распадаться .
Но время шло. «Ядр о» постепенно нач ало рас­
ширяться . Нейтроны получили , наконец , не­
кое подобие свободы . Первые нейтр оны пре­
вратились в пер вые пр отоны . Прот оны стали
объединят ься с нейтр онами в ядр а дейтр онов -
тяжелых изот опов водор ода . Те в свою очер едь
поглощали новые нейтр оны , и рождались раз­
новидности водор одных атомов с массовыми
числами 3, 4, 5, 6 и более - ядра, чрезмерно
пер егруженные нейтр онами. Но такие ядра,
как мы знаем , предрасположены к �- - р аспаду.
Водор од стал пр евращаться в гелий , а изот опы
гелия начин али насыщат ься нейтронами .
Так потянулась длинная цепь последова­
тельных нейтр онных захв атов и �- -распадов.
И все изот опы всех химических элементов ,
вплоть до очень тяжелых , стали звеньями
этой цепи . Альфа-бета-гамма-теория успешно
объяснила ход кривой космической распр остра­
ненности элементов , а ведь правильное объяс­
нение этой кривой - «пр обны й камень» вооб­
ще всех теорий происх ождения элементов. Но

РОЖДЕНИЕ, ЖИЗНЬ И СМЕРТЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
гл авная сенс ация была впереди . Математиче­
с:кие расч еты позволили вычислит ь, с:колько
времени потребовалось бы на весь этот нево­
о бразимо гигантский процесс . Не миллиарды ,
не сотни тысяч лет , даже не дни . Всего-навсего-
15 минут . За четверт ь часа должны были об­
ра зоват ься из нейтронного «ничто>) все изве­
стные во Вселенной химические элементы! За
15 коротких минут , и не более, потому чт о по­
том осталось бы слишком мало свободны х
нейтронов и наступил бы логический конец
синтеза.
Но эффектные теоретические построения
Ал ьфвена и его коллег не могли объяснит ь
два мелких факта . Ведь в ходе захвата нейт­
ронов должны были образоваться все без иск­
лючения изотопы химических элементов . В том
числе гелий-5 и бериллий-8 . Но ядра этих эле­
мент ов характерны тем , чт о о них нечего ска­
зать. Теоретики подсчит али: ядро бериллия-8
может существовать всего 10-16 секунды , числ о,
мал о доступное воображению . А г елий-5 не­
устойчив совершенно . Однако без этих ядер ,
без их непременного образования ал ьфа-бета­
гамма теория обойтись не могла . Из цепи выры­
валось два звена , и цепь распадалас ь.
Новый путь к синтезу эл емент ов тяжелее
гелия завел в тупик . И выход из этого тупик а
обнаружился самым не о;ниданным образом.
ItЛЮЧ ДАЕТ ТЕХНЕЦИЙ
Элемент технеций уче;::ые с�:ачала синт е­
зировали в 1937 г. ис кусственно. Только в
1961 г. его следы обнаружились в земных
минералах . Но ун.;е в 1950 г. технеций подал
весть о св оем существ оnании с о слепительной
поверхности Солнца . Его следы обнаружила
в солнечном спектре Шарлотта Мур - амери­
канский астрофизик . Затем присутствие техне­
ция в некоторы х звездах доказал англичанин
Меррил (рис . 17) . Это событие бросило новый
свет на проблему происхождения химич еских
элементов .
Звезды живут миллиарды лет . Период полу­
распада самого долгожинущего изотопа - тех­
неция - около 2 млн. лет . «Солнечные» усл о­
вия не способны продлить его жизнь . Ведь на
радио активный распад не влияют самые высо­
кие температуры . Сопоставление этих двух фак­
тов рождает загадку . Откуда берется технеций
на Солнце и в звездах ? Почему он существует
сейчас , если уже давным-давно должен был
распасться?
Р11с. 17 .
Вывод может быть тол ько один: и поныне
технеций непреры вно образуется на Солнце
и в звездах . А раз так , то должны существоват ь
в звездах такие условия, которые благоприят­
ны для синтеза элементов тяжел ее гелия.
ОТ ГЕЛИЯ ДО ВИС1'13'�ТА
Звезды - не мертвые тела . Они живут и
в своем ра звитии проходят ра зные стадии -
ст,!lдии эв олюции , как гов орят астрофизики.
На перв ой стадии в ядре звезды протекает тер­
моядерная реакция «сгорания» вод орода в ге­
лий . Этот процесс тянется миллион лет . По­
степенно «запасы» водорода в центре звезды
сходят на нет , зат о гелия становится все боль­
ше и больше . Состав ядра и состав оболочки
звезды становятся различными.
И тут звезда изменяет свое доселе спокойное
поведение . Ее оболочка начинает расширяться,
а ядро, напротив , сжимается . Сжатпе повы­
шает температуру , и она достигает в центре
з везды 150 млн . градусов .
Теперь синтез химических элементов может
переск очит ь гелиевый «барьер» . Ядр а гелия
начинают слив ат ься друг с другом, и включает­
ся механизм так называемого альфа- синте за.
К образующимся ядрам присоединяются новые
293

КАК И И3 ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
а-ч астицы . Сначала три а-частицы сливаются
в ядр о углерода-12 . Дальнейшую цепочку син­
теза мы в термин ах ядер ной фи зики можем
з аписать так:
с12 (а, r)010 (а, r)Ne20 (а, r)Mg2i,
где r означает испуск ание гамма-лучей .
Мы оборвали эту цепочку на магнии не слу­
чайно . Тут а-си нтез пр екращается, потому
что 150 млн. гр адусов не хват ает для обра зова­
ния последующих элементов .
Но ведь до технеция а-синтез так и не до­
шел . У магния порядковый номер 12, у техне­
ция - 43 . Разница между ними равн а 31.
Еще тридцать один элемент каким-то пут ем
должен был образоват ься , чтобы технеций
мог салютовать земным ученым с далеких звезд­
ных миров.. .
Быт ь может , звезда за счет чего-то получает
дополнительный подогр ев? Однако за сч ет
чего именно? Ведь тепер ь. речь идет о темпе­
ратур ах уже в миллиарды гр адусов . Только
в этом случае образование элементов может
шагнут ь за магний. Где найти такое гр омад­
ное кол ичество тепла - совершенно неясно .
Хотя альфа-бет а-гамма-теория лопнула как
мы льный пузыр ь, от нее осталась вполне мате­
риальная «капля» . В этой «капле» сосредото­
чилось то единственно ценное , что было в зло­
получной теории : синтез химических элемен­
тов пр оходит с уч астием нейтр онов.
Нейтр он , как мы знаем , - всем огущее ору­
дие при осуществл ении ядерных реакций. Ему
бе зр азлично , каковы внешние усл овия: ц арит
ли ск овывающий холод или нестер пимый жар .
Он с один аковым успе хом добирается до атом­
ного ядра. Если до пустить, что в дело вмеши­
вается процесс захвата нейтронов, тогда це­
почка синтеза элементов потянется дал ьше .
Для этого нужны своб одные нейтроны, много
свободны х нейтр онов. Их источники до лжна
бы ла отыскат ь изобретательная мысл ь учены х.
В звездах существуют ядра двух атомов: угле·
рода- 13 и неона-2 1 . Они образуются на пре­
дыдущи х стадиях эволюции звезды. Как имен­
но - вопрос сложный. Мы не будем на нем
задерживат ься . Примем сам факт .
Можно представить себе , что ядр о углерода-13
как бы сост авлено из трех альфа-ч астиц пл юс
один нейтр он . В ядр е неона-2 1 пят ь альфа­
частиц терпят нежелательное соседство един­
ственного нейтр она. Нежелательное потому,
что ядра, состоящие целиком то лько из альфа­
частиц , очень устойчивые системы (кр оме берил­
яия-8) . Нейтрон же в этих ядр ах - Fак пво-
294
родное тело , и они стремятся от него избавиться,
поменяв на альфа-частицу. Словом , пр оисхо­
дят ядерные ре акции:
С13
(а, п) 016 и Ne21 (а, п) Mg24.
Для синтеза элементов появляется вполне
достаточное количество свободных нейтронов.
Тепер ь-т о и вст упает в действие тот меха­
низм , которым пыталась объяснит ь образова­
ние вс ех элементов альфа-б ета-гамм а-теория.
Начинается пр оцесс медленного захвата ней­
тронов . Медл енного потому, что пр омежуток
времени между двумя последовател ьными з а­
хватами нейтронов ве лик по ср авнению с пер ио­
дами полур аспада обра зующихся изотопов.
Только изотопы с большими периодами полу­
распада способны к дал ьнейшим превращениям .
Менее долговечные изот опы превр ащаются в ст а­
бильные раньше , чем успеют захватит ь очеред­
ной нейтрон . Так рождаются многие элементы ,
в том числе и технец ий.
Этот механи зм синтеза элементов вы клю­
чается на висмуте (порядковый номе р 83) .
Следующие за ним элементы недолговечны .
Они распадаются раньше , чем получают воз­
можность з ахватит ь нейтрон .
РОЖДЕНИЕ И ГИБЕJIЬ
СВЕРХНОВЫХ ЗВЕЗД
Эти события случаются буквал ьно раз в сто­
летие . В далеко м уголке небесной бездны нео­
жиданно вспы хивает зве зда необычной яркости .
С каждым днем она теряет свой блеск , туск ­
неет , невооруженный гл аз теряет способност ь
разглядеть ее . И, наконец , исчезает . Почти так
же неожиданно, как и появилась . Словно и не
было никакой вспышки . Такие удивительные
звезды астрономы и астрофизики называют
Сверхновыми.
Взрыв Сверхновой - наст оящая космиче­
ская катастрофа . При ее вспышке выделяется
чудовищное количество энергии . По самой гру­
бой оценке оно могло бы образоват ься при
одновр еменном взрыве многих миллиардов са­
мых мощных водородны х бомб . Уч еные поюt
не могут объяснить истинную причину появ­
ления Сверхновых. А понять эту причину было
бы крайне ва жно для окончательного выяснения
картины происхождения элементов.
Светимость Сверхновых спадает согласно
определенному закону:
ее величина через
опр еделенный интерва л уменьшается в одно
и то же количество раз. Такой вид изменени й

в прир оде вст речается часто. К ним относится
и радиоактивный распад. Через время, равное
периоду полур аспада , начальное количество
ра диоактивн ого вещества умен ьшается вдвое.
И в два раза меньшим становится .суммарное
значение энер гии распада.
Ок азалось, что че рез каждые 55 дней Сверх­
новые зве з ды де лаются вдвое менее яркими.
Та кое убывание светимос ти Све рхновой н а­
ве ло ученых на смелую мысль. А что если выде­
ление энергии после взрыва Све рхново й объяс­
ни ть радиоактивны м распадом какого-н ибудь
изотопа с пер иодом полураспа да в 55 дн ей?
Из тысячи известны х радиоактивных изотопов
оказались подходящими только два :
берил­
лий-7 и стр онций-89. Они распадаются напо­
ловину как раз за 55 дне й. Но та энергия, кото ­
рая выделяется при их бета-распаде , так мала ,
что да же на краткий миг неспосо бна была бы
обеспечит ь бл еск Сверхновых, да же если до пу­
ст ить, что эти зве зды почти целиком состоят
из берил лия или стронция.
Новы й претендент обнаружился среди эле­
ментов, которые были синтезир ованы учеными .
Это был трансур ановый элемент калифорний
с порядковы м номером 98. Его изотоп калифор­
ний-254 уда лось приготовить в количестве
всего около 30 миллиардны х долей грамма .
Но и этой пылинки оказалось достаточно,
чтобы измерить период полура спада: он ока зал­
ся равным 55 дням.
И тогда появилась гипотеза : э не ргия са мо­
про извол ьно го де ления калифорния-254 слу­
жит источником светимости Сверхновой в тече­
ние почти двух лет - до тех пор , пока весь
калифорний не распадется .
Но как синте зируется са м ка лифорний?
Ведь мы оста новились на том, что механизм
образования элементов о тключился н а висмуте .
Перед взрывом Све рхновой все яде рные реакции
в звезде идут осо бенно интенсивно . В том числе
и вза и м одействие с альфа-ча стицами уже зна ко­
мого нам неона-21 . За короткий проме жуток
АТОМНЫИ РЕАКТОР
вре м ен и рожда ется гр омадное количество ней­
тронов . Ядр а успева ют н а этот раз поглотить
нейтроны быстр ее , чем произойдет их бета-р ас­
пад. Не усто йчивост·ь элементов тяжелее вис­
мута уже не ста нет мешать синтезу. Це пь пре­
вр ащений будет удшшя ться и приведет к обра­
зованию очень тяжелых элементов, среди них
и калифорния.
'Ученые произвели любопытный расче т. Ока­
зывается, при каждом взрыве Сверхновой об­
разуется поис тине фантастическое количество
это го са мого калифорния-254. Если его вы ра­
зить в тоннах, то мы получим число, р авное
един ице с 23 нулями. Это в 20 раз больше веса
нашей Земли.
Совсем недавно выяснилось, что период полу­
распада калифорнпя-254 равен 60 дням . Смелая
догадка оказалась под сомнением . Стало быть, нуж­
на новая гипотеза .
...
Гибнет Сверхнова я- и на месте ее осле­
пительной вспышки останется лишь малень­
кая, тусклая звезд очка . Она отлича ется не­
обычайно вы соко й плотност ью вещества. Эти
«трупы» Сверхновых называ ют «белыми карли­
ками>». Что с ними происходит да лее , пока
неизвестн о. А то гр о м адное количество ма терии,
котор ое выбрасывается при взры;Ве Свер
.
хновой
в пр остранство Вселенной, может сгуща ться
и образовыва ть новые звезды. Эти звезды
начнут новую жизнь, и в них будет происх о­
дить великий процесс синтеза э лементов. Но,
быть может , он пойдет иным. путем, отличным
от т ого , с которым мы познакомились.
Теория проис х ождения элементов еще очень
да лека от завершен ия. Многим поколения м
ученых предстоит глубже и гл убже позн а­
вать истину. Рождение , жизнь и смерть химиче­
сюiх элементов - это гигантский едины й пр о ­
це сс. И люди уловили эту закономерность при­
роды пока только в самых общих чертах, как
художник , -к оторый сделал на холсте первые
мазки будуще й картин ы: он знает, что будет
писа ть, но еще не знает, как это будет выгляде ть.
•
АТОМНЫЙ РЕАКТОР
R огда говорят об · атомном реакторе, нев ольн о
представляешь себ� огромное здание электростанции
(рис. 1), тысячетонную бетонную защиту, сложнейшую
автоматику и обязательно высоченную трубу для сб ро­
са слегка Р.адиоактивных газ ов в атмосферу. Между
тем первые реакторы выглядели далеко не так мону­
ментально. И в сов р�менных реакт орах главное не тех­
н и ческие детали и не размеры.
Первоначально в английск ом языке атомный реак­
тор назывался «pile», т. е. куча, штаб ель . Первые атом-
296

КАК И И3 ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
Посмотрите, что происхо­
дит с крупными каплями, па­
дающими с крыши. Мелкие
капли лишь пульсируют под
вапором встречного воздуш­
ного потока, а самые крупные
быстро вытягиваются, стано­
вятся похожими на несиммет­
ричную гантель с перетяжкой
и разделяются на две или не­
сколько дочерних капель. То
же самое происходит с круп­
ными ядрами (рис; 2). Попав­
ший в ядро нейтрон образует
возбужденное ядро, оно ста­
новится неустойчивым и рас­
падается на две, а в редких
случаях и на три части. Де­
ление ядер могут вызвать не
только нейтроны. Очень быст­
рые протоны или электроны,
1-лучи с высокой энергией
также могут вызвать делевио
ядер. Если налетающая части­
ца обладает энергией в сотни
миллионов электрон-вольт, она
может вызвать деление даже
легких ядер, например ядер
атомов кислорода. В наше вре­
мя уже можно вызвать деле­
ние почти любого ядра.
Рис. t. Ново-Воронежская атомная электростанция .
Между делением тяжелых и
легких ядер очень большая
вые реакторы действительно больше походили на шта­
бели из графитовых кубиков, чем на современные слож­
нейшие сооружения. Но как в первом примитивном
автомобиле уже был мотор, так и в этих первых шта­
белях урана и графита уже тлела цепная ядерная
реакция.
.
·
Резерфорда, сделавшего немало открытий в обла­
сти радиоактивности, однажды спросили, какой прак­
тический интерес могут представить его открытия.
И великий ученый ответил: «Ровно ни�;акого». Но вот
в 1932 г. Джемс Чэдвик открыл нейтрон. Это был ключ
почти ко всем атомным ядрам. В 1935 г. Фредерик
Жолио-Кюри, получая Нобелевскую премию за откры­
тие искусственной радиоактивности, сказал: «Мы от­
даем себе отчет в том, что ученые, которые могут созда­
вать и разрушать элементы, способны также осуществ­
лять ядерные реакции взрывного характера».
Ученые долго не замечали способность ядер урана
делиться. Ведь все другие элементы, облучавшиеся
нейтронами, превращались в более тяжелые ядра,
поэтому предполагалось, что и уран должен себя вести
так же.
С 1935 по 1938 г. ученые пытались разобраться в
сложных радиоактивных превращениях при облучении
.урана нейтронами. Летом 1938 г. Ирен Жолио-1\юри и
Павле Савич установили, что при бомбардировке урана
нейтронами возникает вещество, очень похожее на
лантан. В конце 1938 г. немецкие ученые Отто Гав и
Фредерик Штрассман неопровержимо доказали, что при
этом образуется барий, т. е. элемент, гораздо более
легкий, чем уран. Барий и лантан могли получиться
из урана только в результате деления его атомов;
так было открыто деление ядер урана. Делиться
так могут только ядра тяжелых атомов: тория, урана,
плутония.
296
разница: уран делится нейтро­
нами, обладающими ничтожной тепловой энергией, но
при этом высвобождается громадная -энергия -
200 млн. электрон-вольт от каждого разделившегося
ядра!
Чем меньше атомный вес элемента, тем больше
энергии надо затратить, чтобы разделить его ядро.
Пр11 делении ядра в атоме серебра выигрыш в энергии
сокращается до нуля. Деление ядра в элементах с
небольшим атомным номером даст уже не выигрыш,
а проигрыш в энергии.
В средней части таблицы Менделеева существует
область наиболее устойчивых стабильных атомных
ядер. Для более тяжелых ядер энергетически выгодно
распадаться на более легкие, а для более легких -
соединяться в более тяжелые ядра.
На рисунке 3 изображен график энергии связи для
каждой частицы всех устойчивых изотопов менделе­
евской таблицы. Величина энергии связи равна работе,
которую надо затратить, чтобы разложить систему на
ее составные части. По этому графику можно рассчи­
тать, какое количество энергии выделяется или погло­
щается при ядерном превращении.
Например, для урава-235 энергия связи на один
нуклон равна 7, 6·106 эв (электрон-вольт), значит, пол­
ная энергия связи ядра u2з:; равна 7, 6-106-235 ::
::
::
:
1,8 -109 эв. Для ядра, массовое число которого (число
нуклонов в ядре) около 120, энергия связи на один
нуклон равна 8,5· 106 эв и полная энергия связи такого
ядра равна 109 эв.
Теперь легко подсчитать, что при делении ур а­
ва-235 на два равных осколка выделится энергия
2·109эв - 1,80-109эв � 2·108ав.
Этот же график показывает, что легким ядрам вы­
годно соединяться в более тяжелые. Это именно и
происходит при термоядерных процессах.

1•>
.
?.,
/�
Рис. 2 . Деление атома ура­
на: а - нейтрон захваты­
вается ядром U2З•; 6 - об­
разуется возбужденное ядро
U•""; в - начало процесса
деления; какие образуются
осколки, еще неизвестно;
z - ядро разделилось на два
неравных осколка, осколки
отталкиваются друг от дру­
га, потому что у обоих по­
ложительный заряд; д-ое­
колки испускают вторичные
нейтj�оны.
Сразу же после того,
как было открыто деление
урана, физики установили,
что оно интересно не толь­
ко очень большой выделяю­
щейся энергией, но и тем,
что при делении возникают
вторичные нейтроны. Если,
например, разделить ядро
92 U2�8 пополам, получается
два ядра палладия 46PdH9•
Но в природе существуют
только изотопы палладия с
массовым числом не более
110. Значит, в каждом из
получившихся ядер по 6
«лишних» нейтронов. Эти
ядра палладия (осколки де­
ления) будут радиоактив­
ны; а часть нейтронов мо­
жет при делении сразу же
быть отброшенной. Так оно
и происходит на самом де­
ле. При делении ядер ура­
на-235 отбрасываются в
среднем 2, 5 нейтрона, «не
уместившихся» в разлетаю­
щихся осколках.
Как только были от­
крыты вторичные нейтроны,
стало ясно, что при деле­
нии урана возможна цеп­
ная реакция. Ведь если один
нейтрон вызовет одно деле­
ние, то следующие 2, 5 ней­
трона вызовут 2, 5 деления
и т. д.! Можно было пред­
положить, что стоит взять
достаточно большой кусок
чистого урана (чтобы доля
улетающих наружу нейтро­
нов была невелик11), и цеп­
ная реакция приведет его к
взрыву.
Если бы оказалось так,
то атомная бомба была бы
создана уже в 1939 г. Но
ученые установили, что
лишь один природный изо­
топ урана - уран-235 де­
лится при попадании в него
любых нейтронов, а этого
изотопа в природном уране
лишь 0,7%. Основная масса
урана - уран-238 делитсн
лишь под действием «быст­
рых» нейтронов, энергин ко­
торых более миллиона элек­
трон-вольт и скорость более
14 ООО км/сек. У втори чных
нейтронов, испускаемых де­
лящимися ндрами, более
высокая энергия. Они мог­
ли бы делить и уран-238,
но природа подстроила им
«ловушку». При столкнове­
нии с атомами урана у
нейтронов гораздо больше
шансов возбудить их и от-
АТОМНЫЙ РЕАКТОР
дать им часть своей энергии, чем разделить. Поэтому
в уране-238 вторичные нейтроны хоть и могут вызвать
деления, но в небольшом количестве. Цепная реа1щия
развиваться в нем не будет.
ЖИЗНЬ HEitTPOHOB В РЕАКТОРЕ
Если бы мы захотели вскипятить чайник, зажигая
под ним спички одну за другой, то напрасно пuтерн­
ли бы время; точно с таким результатом можно облу­
чать небольшой кусок урана нейтронами: будет проис­
ходить большое количество делений, но кусок урана
не только не взорвется, а даже не нагреется. Ведь для
выделения тепловой мощности всего в один ватт в уране
должно происходить ни много ни мало 3,1· 1010 де­
лений в секунду!
Чтобы получить в атомном реакторе от реакции
деления большое и постоянное количество тепла, нуж­
но, чтобы уран все время облучался очень мощным
потоком нейтронов. Эти нейтроны могут быть только
вторичными, возникшими при деJrении урана, потому
что у нас нет других таких мощных нейтронных источ­
ников. Значит, одно <<Поколение» нейтронов, сменяя
другое, должно быть количественно равным ему. При
делении возникает в 2,5 раза больше нейтронов, чем
расходуется. Чтобы следующее поколение нейтронов
было таким же, как предыдущее, нужно, чтобы из всех
возникших вторичных нейтронов ровно столько же
израсходовалось на деление ядер урана, а избыток -
на другие процессы.
Проследим за короткой жизнью нейтронов в атом­
ном реакторе.
Нейтроны, рождающиеся при делении урана, назы ­
ваются быстрыми нейтронами. Их энергия равна при­
близительно миллиону электрон-вольт, а скорость -
14 ООО К.Аt/сек. Быстрые нейтроны не очень активно
делят уран-235 . Чтобы вызвать деление, быстрый ней­
трон должен пролететь в кус1{е урана-235 в среднем
8 c,ii. В природном уране, до того как быстрому ней­
трону удастся раздели.ть ядро урана-235, он должен
пролететь 11, 5 м! На самом же деле нейтрон не может
пролететь такое расстояние; он гораздо раньше погло­
щается ядрами урана-238 . Поэтому в сплошной массе
естfственного урана быстрые нейтроны, рождающиесн
при делении, не могут вызвать цепную реакцию.
Совсем иначе ведет себя попавший в уран медлен­
ный нейтрон. Его энергия равна 0,025 электрон-вольт
и скорость всего 2,2 км/сек. В куске чистого урана-235
такой нейтрон вызовет деление уже на пути в 0, 33 м.м!
Чтобы вызвать деление в куске природного урана, мед­
ленному нейтрону достаточно пробежать всего 4, 7 см.
На таком коротком пути у нейтрона уже гораздо мень­
ше шансов пропасть, поглотившись в уране-238, так
как средний пробег медленного нейтрона в уране-238
до поглощения - 7 ,2 см.
Посмотрим, что произойдет, если все быстрые ней­
троны, вылетающие из делящихся атомов урана, превра­
тятся в медленные. При каждом делении урана обра­
зуется 2,5 быстрых нейтрона. Если мы замедлим их
бе з потерь - получим 2,5 медленных нейтрона. Мед­
ленные нейтроны расходуются в природном уране на
три основных процесса: деление урана-235, поглощение
в уране-238 и погJrощение в уране-235 без деления, но
с образованием урана-236 . Ученые вычислили вероят­
ность этих трех процессов. На пути в 1 см вероятностr,
поглощения нейтрона, приводящего к делению, - 0,21,
поглощения в уране-238
-
0,14 и, наконец, погло-
29';'

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
8400
�_
_,
,�_
_.�.
..
..J.
..
.�-L.
.�.
.L-�.
.L-�.L-
--L�-
--L�-
-1.
.�.
..L.
.�.
.J.
..
._
__J
7000
100 120 140 160 180 200 220 240 260
.м-
Р11с. 3. Граф ик энерг1111 связи для устойчиоы х изотопо в.
щения в уране-235
-
0,04. Ноэфф11циент использова ­
ния медленных нейтронов для деления урана будет
равен отношению вероятности деления к нероятности
потери нейтрона;
0,21
'Yj = 0,21+u,14 -т- 0.04 = о,54.
Значит, есш1 бы мы могш1 замед.111ть нейтроны без
потерь, каждое деление в уране вызывало бы
2,5.0,54= 1,35 ноuых делений: <шоэффициент размноже­
ния» нейтронов н такой системе быll бы гораздо больше
едишщы и ато�шый реактор мог бы работать.
Чтобы замедлить нейтроны, уран в реакторах 01<ру­
жают то,;�стым слоем замедllителя: графита, тяжелой
воды, бериш1ия или других uещестu. Сталкиваясь с
атомами замедлителя, нейтроны передают им часть
своей энергии и постепенно замедляются. Чтобы замед­
литься от энергии в миллион электрон-вольт до
0,025 эле1про11-вольт, нейтрон должен испытать в обыч­
ной воде 18 соударений с атомами водорода, в тяжелой
воде - 25, в графите - 110 соударений с атомами
у1·лерода, в бериллии - 82 соударения с его атомами.
Казалось бы, са�1ый лучший замедлитель - обыкновен­
ная вода, но обычный водород довольно сильно погло­
щает нейтроны. Самый лучший замедлитель нейтро­
нов - тяжелая вода, за ней графит, на третьем мес­
те- бериллий.
298
В процессе замедления часть нейтронов, конечно,
теряется. Расчеты физиков показали: если смешать по­
рошок граф1па и урана, то потери будут слишком боль­
шими; потери можно сделать гораздо меньшими , если
стержни из урана поместить в чистый графит. Наибо­
лее выгодное соотношение между графитом и ураном:
один атом урана на 150 атомов углерода. Удалось рас­
считать ученым и оптимальные размеры урановых
стержней: диаметр примерно 3 c.1i, а наилучшее расстоя­
ние между стержнями около 20 см. В такой уран-гра­
фитовой системе коэффициент размножения нейтронов
равен 1,13. Этот коэффициент уже совсем ненамного
превышает единицу. Но мы еще не учли, что часть
нейтронов будет вылетать из реактора наружу. Если
сделать реактор очень большим, долю вылетающих
нейтронов можно уменьшить до 3-5%. Это соответ­
ствует кубическому реактору с длиной ребра в 6-8 .1t
(900-1600 стержней). Графитовые отра;1{атели толщи­
ной в 40 -60 c.1t частично вернут обратно нейтроны,
покидающи� «активную зону)) реактора. Вес урановой
загрузки такого реактора достигает 200 т, а общий
вес активной зоны и отражателя превышает 1000 т.
Работающий атомный реактор выделяет очень мно­
го тепла, его надо охлаждать. Обычно его охлаждают
водой, во, так как уран химически реагирует с водой,
приходи"Рся урановые стержни помещать в алюминие­
вые чехлы и мириться с тем, что в реакторе, кроме гра -

фита 11 урана, будет еще какое-то количество алюминия
и воды, поглощающих нейтроны. В результате избы­
ток коэффициента размножения нейтронов оказыва­
ется совсем небольшим - на 5-8% больше единицы.
Если детали реактора будут сделаны из не совсем
чистых материалов, то он может и вовсе не заработать.
Поэтому в строительстве реакторов применяются толь­
ко высококачественные материалы.
RPllTllЧECRAЯ l\IACCA РЕАКТОРА
Вот постройка нового атомного реактора закон­
чена, 11 в готовую графитовую решетку загружают
урановые стержн11 (рис. 4 и 5). Ноэффициент размно­
жения нейтронов постепенно нарастает. Когда он дости­
гнет 0,8-0,9, в один из пустых каналов опускают
источник нейтронов и включают измерительную аппа­
ратуру. Постепенно, по мере приближения коэффи­
циента размножения к единице, число нейтронов, реги­
стрируемых специальными счетчиками, становится все
больше и больше и, наконец, мощность начинает мед­
ленно нарастать, даже если убрать из реактора источ­
ник нейтронов, - ф113ики говорят: «реактор достиг
критичности», или: «достигнута необходимая к р и­
тическая 111асса». Иногда критическая масса
достигается не изменением общей массы урана, а рез­
ю1м уменьшением поверхности системы - тем самым
уменьшается и доля вылетающих из системы нейтронов.
Типичный пример такого реактора - атомная· бомба,
в ней «критическая масса» достигается сближением двух
урановых полусфер.
Рис. 4. Бетонная защита Брукхей венскоrо (США)
атомноrо реактора с отверстиями для заrруаки ура·
новых блоков и облучаемых материалов.
АТОМВЫИ РЕАКТОР
Рис. 5 . 3аrр)·зка урановых блоков в атомный реактор. Каж­
дый )·рановый б.1ок покрыт а.1юм11ниеоой оболо чкои, имеет
длину 10 с.1', а вес - 1,25 -н•.
РЕГУе1111РОВКА 1'10ЩНОСТН
ATOl\IHOГO РЕАКТОРА
Атомный реактор нужно уметь выводить на задан­
ную мощность, удерживать на ней и в нужный 111омент
прекращать цепную реакцию (рис. 6). Чтобы 11
1
ощность
реактора увеличилась, достаточно сделать коэффици­
ент размножения нейтронов чуть больше единицы.
В каждом реакторе небольшая часть каналов предна­
значена не для урановых стержней, а для стержней
регулирующих или стержней аварийной защиты. Эти
стержни делают из вещества, сильно поглощающего
нейтроны: в 111аломощных реакторах - из легкоплав­
кого кадмия, а в реакторах 11ющных, работающих на
промышленность, - чаще всего из стали с добавкой
бора, сильно поглощающего нейтроны. Регулирующие
стержни приводятся в действие электро11
1
ашинными
устройства111и, связанными со счетчиками нейтронов.
Нак только мощность реактора падает, регулирующие
стержни поднимаются выше, ·если же мощность слиш­
ком нарастает - опускаются и поглощают избыточные
нейтроны.
•
Стержни аварийной защиты обычно подвешены над
пустыми каналами на электромагнитах. Стоит случить­
ся какой-либо неисправности - прервется подача
электроэнергии или появится активность в охлаждаю-.
щей воде, как цепь питан11я электромагнитов разорвет­
ся и стержни почти ыгновенно остановят мощный
реактор.
3АПА3ДЫВАЮЩНЕ llEHTPOHЫ
Смена нейтронных «поколеш1й» в реакторе проис­
ходит за тысячные доли секунды, пuэтому даже очень
небольшое изменение коэффициента размножения нейт­
ронов вызывало бы сильные колебания в мощности
реактора, если бы не запаздывающие нейтроны. Более
99% нейтронов испускается при делении мгновенно,
но 0,7%'
-
с запаздывание111 от десятых долей секунды
и до 55 секунд. Запаздывающие нейтроны играют роль
буфера, смягчающего колебания в мощности реактора.
До тех пор пока коэффициент разыножевия нейтронов
не выходит за пределы 11
1
ежду О, 993 и 1,007, запаздываю­
щие нейтроны не дают реактору слишком быстро умень-
299

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТ РОЕНО
mэ.ть или увеличивать мощность, и зто намного облег­
чает управление 11 увеличнвает безопасность его рабо­
ты. Если же в результате крупных неполадок козф­
ф1щиент размножения нейтронов выйдет за указанные
пределы, запаздывающие нейтроны уже не смогут удер­
жать реактор от очень быстрой остановки или очень
быстрого увеличения мощности. Тогда на•шнают дей­
ствовать регулирующие илн аварийные стержни.
ПРЕВРАЩЕНИЯ �ЛEllEHTOB
В АТОМНОМ РЕАКТОРЕ
Атомный реактор - настояща':! фабрика новых
элементов и изотопов периодическои системы (рис. 7).
Атомы урана при делении разлетаются на осколки. Если
бы каждое из ядер урана де.1илось точно поровну, из не­
го ·получилось бы два ядра элемента 46, т. е. палладия.
Но чаще всего атом урана делится на два неравных
осколка. В результате деления получаются практиче­
ски все элементы с атомным весом от 70 до 160. Все
осколки деления содержат избыточное число нейтронов
и поэтому радиоактивны. Распадаясь, они испускают
�--частицы и 1-лучи и превращаются при каждом рас­
паде в элементы с зарядом, на .единицу большим, до тех
пор, пока не будет достигнуто устойчивое соотношение
Рис. 6 . Регулироваtше мощност11 . атом н ого реактора. На р11-
сунке показана связь между различными устройствами, изме•
ряющ11м11 11 регулирующими режим работы атомного реактора •
•
•
протонов и нейтронов. Вот некоторые из осколков деле­
ния урана и их периоды полураспада: рубидий-86
-
18 дней, цезий-137
-
27 лет, стронций-90 - 28 лет,
барий-140
-
12,8 дня, серебро-111 - 7,5 дня, кад­
ыий-115 - 43 дня.
На деление атомов урана идет лишь две пятых нейт­
ронов, ро;ндающихся в реакторе. Остальные три пятых
захватываются материалами активной зоны, отража­
теля и защиты реактора. Нейтроны, захваченные ура­
ном-238 и ураном-235, пр1шоднт к образованию ура­
на-239, превращающегося с перподо�1 23 минуты в неп­
туний-239, и затем с периодом 2,3 дня-в плутоний-239
(период полураспада 24 НЮ лет) и н небольшое ко:1и­
чество урана-236 с периодом полураспада около 24 м,111.
лет. Таким образо:.1, плутоний-239 и уран-236 накап­
Jшваются в атомном горючем. Накап.111вающийся в
облучаемом уране плутоний продолжает подвергаться
облучению. При этом примерно две трети его атомов,
захватывая нейтроны, делятся, как и атомы урана-235,
а одна треть, захватывая нейтроны, превращается в бо­
лее тяжелые изотопы - плутоний-240. Если и п.1уто­
ний-240 захватит нейтрон, то получится �-- радпоакпш­
ный плутоний-241 (период полураспада 13 лет), кото­
рый превращается в следующий заурановый элемент -
америций.
Накал-то часть нейтронов захватывается в ато�шом
реакторе конструкционными матерпалами: сталью ,
Оператор
Регулиру­
ющиА
стержень
Сrержень
авари0ноА
защиты
Урановы• ствржmi
Неожиданное нарастание мощности
Неисправность �нстемы реГупнровання
." :-.·:··"·.."....•.:·:•. ·.·.:-:· ..
.·.·";·:·..·.·.···.:·:::·:·:·.
300
о
."
8

АТОМНЫИ РЕАКТОР
Рис. 7 . Образование новых элементов в атом­
но• реакторе. Нейтроны образуют общее
«кольцо». Они попадают в атомы урана,
плутония и америция и вызывают превра­
щения этих элементов (деление или образо­
вание более тяжелого изотопа). Осколки де­
певия условно сваливаются в одну кучу, на
которой вылетают запаздывающие нейтроны.
Вторичные нейтроны , обраЗовавmиеся при
делении, включаются в общ11й круговорот
мерах, вода медленно разлагается
на водород и кислород. Совершенно
не выносят мощное облучение пла­
стмассы, полупроводники, электриче·
ские кабели, поэтому все эти мате­
риалы нуждаются в толстом слое за­
щиты. Самая сложная задача при
конструировании атомного реакто­
ра - сделать его урановые тепловы­
деляющие элементы та�шми надеж­
ными, чтобы ни один ИЗ нecKOJIЬIOIX
тысяч элементов не вышел из строя
из-за какой- либо неполадки, связан­
ной с облучением деталей реактора.
нейтронов.
�оQ.
..
.
""
ф
:I:
Неifтроны
алюминием, цирконием. Образуются радиоактивные
изотопы железа, никеля, хрома, кобальта, циркония
и т. д. ; почти все материалы, побывавшие в атомном
реакторе, становятся радиоактивными.
ДERCTBllE РАДИОАКТИ ВНЫХ
ИЗ.JIУЧЕНИЙ НА МАТЕРИА.JIЫ
ATOl\IHOГO РЕАКТОРА
Мощное излучение атомного реактора не только
вызывает превращения элементов, во и нарушает струк­
туру материалов, из которых он изготовлен. Особенно
сильно облучается само атомное горючее - уран. Его
пронизывают осколки деления, нейтроны, �-частицы
и 1-лучи. Под действием облучения уран становится
хрупким, распухает, деформируется, нержавеющая
сталь также становится более хрупкой. Графит при
облучении быстрыми нейтронами увеличивается в раз-
ПЕРЕРАБОТКА
ATOl\IHOГO ГОРЮЧЕГО
Атомный реактор, работающий
на· .мощности в один миллион кило­
ватт, потребляет в сутки 1 кг ура­
ва-235. Количество урана-235 в атом­
ном горючем постепенно уменьшает­
ся, а количество плутония и оскол­
ков деления возрастает. Многие ос­
колки деления сильно захватывают
нейтроны, и если уран время от
времени не заменять, то реактор
остановится: цепная реакция пре­
кратится.
Урановые тепловыделяющие эле·
менты извлекают из реактора и от­
правляют на химические заводы для
переработки. Там их растворяют в
кислоте, и полученный радиоакти в­
ный раствор подвергают разделе­
нию. Обычно уран в виде уранил­
нитрата U02(N03)2 извлекается из
в одного раствора диэтиловым эфи·
рuм или трибутилфосфатом.
Оставшиеся в водной фазе плу­
тоний и осколки деления разделяют
и направляют на переработку или
хранение, а уранилнитрат превра­
щают либо в металлический уран
для повторного использования в ре­
акторе, либо в летучее соединение -
гексафторид урана UF6, который обогащают на спе­
циальных установках изотопом U230•
РАЗ.JIИЧНЫЕ ATOMIIЫE РЕАКТОРЫ
Атомные реакторы применяются сейчас для самых
различных целей: для получения электроэнергии на
атомных станциях, для облучения материалов, изго­
товления радиоизотопов, для получения плутония или
мощных потоков нейтронов и гамма-лучей. Поэтому
нужны различные типы атомных реакторов.
Для научных целей чаще всего строят небольшие
реакторы, содержащие всего несколько десятков кило­
граммов урана, обогащенного ураном-235 . Мощность
этих реакторов от одной тысячи до 20 тыс. квт. В та­
ких реакторах активная зова пронизана каналами для
вывода нейтронных пучков и облучения ими различных
веществ. Обычно эти · реакторы охлаждаются водой и
имеют низкую температуру.
301

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО ·
Для производства электроэнергии нужно строить
реакторы, имеющие высокую температуру: 300 -500 °Ц.
Уран заключают в оболочку из нержавеющей стали
или циркония, а воду подают под давлением до 100 атм.
·
Для природного или слабообогащенного урана
можно строить только реакторы на мед.1енных нейтро­
нах . Эти реакторы дают на Rаждый затраченный атом
урана-235 примерно 0,8 атома плутония , или , как гово­
рят,их коэффициент воспроизводст­
в а горючего равен 0,8.
Если применить в реакторе сильно обогащенный
уран, мощно убрать замедлитель, поглощающий часть
нейтронов , и сделать коэффициент воспроизводства
горючего больше единицы - до 1,4. Здесь нет юша­
кого противоречия: ведь плутоний в реакторе образу­
ется не из урана-235 , а из урана-238 . Если образова­
лось 1,5 кг плутония , то исчезло столько же урана-238;
но , главное , с помощью реактора с расширенным вос­
производством можно сделать полезным вес ь уран-238.
В обычном реакторе это сделать нельзя: Rак тольRо
концентрация урана-235 упадет, весь обедненный уран
становится бесполезным. В реакторе же с расширен­
ным воспроизводством уран-238 используется пол­
ностью. Вместо выгоревшей части урана-235 можно
добавить (после химической переработки) стольRо же
плутония, который образовался в этом же топливе.
Часть плутония высвободится для других целей. По­
этому будущее атомной энергетики - за реакто рами
на быстрых нейтронах. Но такие реакторы охлаждают
жидким натрием , а не водой : ведь она замедляет ней­
троны.
С помощью атомного реактора можно ис пользо­
вать и другое природное атомное сырье - тор11й. То­
рий при облучении в атомном реакторе превращается
в протактиний, а затем в уран-233 .
Уран-233
-
еще более хорошее топливо, чем урав-
235. Цикл Тh2з:�_u2зэ может дать расширенное воспроиз­
водство даже с помощью реакторов на медленных вей·
тронах. В недалеком будущем это новое атомное сырье
станет обычным.
•
«Р омашка» - реактор -териод.'IСRТJtоге11 е1)атор
Американские ученые ставят на
некоторые из своих искусственных
спутников Земли атомные термобата­
реи . В центре такой батареи располо­
жен контейнер с радиоактивным э,1е­
м ентом , например церием- 144 . Э11ер­
гия распада церия переходит в тепло ,
контейнер оказывается все время на­
гретым до нескольких сот градусов ,
а п рижатые к нему спаи полупровод­
никовых термопар дают ток. Пока что
а:1
1
ерик анцам уда.1ось создать термоба­
тареи мощностью не более 100 вm.
В советском реакторе «Ромашка»
нет нюш1шх дв11жущихся часте й.
Активная зона реактора состоит из
пласт11н графита 11 дикарб1ща урана
uc" отражатель нейтронов 11зготов­
.1 ен из бер1ш.111 я. Макс11малы1ая тем ­
перат�·ра в центре реактора 1770° Ц.
На реактор надевается термоэ.:�ектр11-
чесю1й преобразователь, термопары
которого изгото вле11ы из кремний­
германневого сплава, устой ч11 вого к
действию 11ЗJ1учен11й реактора. «Ро­
машка » проработала
к 18 ноября
1964 г. 2500 часов 11 вы работа.1а бо·
лее 1 ООО кит ·" эдектроэнерг11 11 , н
все это без малейшl'й не11справиост11
в работе ! О построй ке «Ремашка »
советские ученые долож11л11 на 3-й
Женевской конферснцюt по м11рному
использованию атомной энергии.
Т�С-3- самохо,1
1.
11 ая атом 11 ая д.1сктр остю1 ц11я
Если геолог11 открыл11 новое место­
рождение в таеж11ой глуши 11ли в юж­
ной пустыне , если произошло где-н11 -
будь стихийное бедствие-может ока­
заться срочно нужной электрознер­
rия. Советские у ченые Н. М. Синев ,
А. к. Красин и другие создали само-
ходную
атомную
электростанцню
ТЭС-3 мощностью 1500 хвm . Первая
такая станц1ш бы.1а введена в строй
вбдизи первой в м11ре атомной элек­
тростанции в г. Обн11нске в 196 1 г.
В се оборудование ТЭС-3 размещено на
четырех самоходных платформах на
гусен11чном ходу. ТЭС -3 подвозится
по же.1езной дороге, а затем идет
своим ходом по любой местности.
Там , где нужна электроэнергия , бло·
кн станции ставят в траншею 11 за­
сыпают сбоку землей , соединяют все
кабел11 11 трубопроводы - 11 станция
вступает в строй . ТЭС -3 может про­
работать беа замены уранового топ­
лива целый год.
КАК ВИДЯ Т НЕВИДИМОЕ
(Приборы ядерной физики)
Размеры ядерных частиц так м алы , что уви­
деть их невозможно даже с пом ощью электрон­
ного микроскопа. Поэтому ученые в процессе
и сследования элементарных частиц отм ечают не
саму частицу, а только факт ее появления в
определенной среде - ее след («трек»)
Впервые это удалось сделать с помощью спин­
тарископа. В этом приборе альфа-частицы попа­
дают на экран , п окрытый люминесцирующим
веще ством, чаще всего сернистым цинком .
В точке п оп адания возникает вспышка, так
на зываемая сцинтилл яция .
302

Спинт арископ
дал
возможность подсч иты­
вать альфа-частицы , ис­
пуск аемые радиоактив­
н ы м препаратом. Ис­
следователь часами , не
спуская глаз с экрана,
считал щ1 нем вспышки.
Это , конечно, утомитель­
но. да и результаты не
всегда получались точ­
ные . Ведь они зависели
от
зрения
ученого:
сколько тот сумеет уви-
Спинтар11скоп Крукса.
деть , СТОЛЬКО Ч аСТИЦ И
зарегистрирует . В наше
время вспыш ки счит ает уже не человек, а спе­
циальное сложное устройство - сцинтилл я­
ционный счетчик.
сто.ловыП ПРИБОР
На од ной научной конференции демонстри­
ровалось необычное уст ройство: вилна и нож,
з а жатые в штативах , несколько электрических
батарей и электромагнитный счетчик. .Как
только к этому странному сооружению подно­
сили радиоактивный препарат , счетчик начи­
нал ще лкать , отсчитывая импульсы возникаю­
щего тока. Вилку и нож можно было заменить
любыми метал личес кими предметами - лож кой,
ножницами , гвозд ями.
Два металлических предмета в этом прибо­
ре - электроды , к ним подведено элект риче­
ское напряжение . Но между эл ектродами -
воздух, и потому тока в цепи нет. Если же в
это пространство попадет заряженная частица ,
она со здаст на своем пути какое-то количество
ионов , и воздух станет проводящим . Такое ус­
тройство называется ионизац ионн ой камерой .
Конечно , настоящая ионизационная камера,
применяемая в лаборатории для серьезных
и сследований, выглядит иначе . Ее электрод ы
находятся в разреженном воздухе или газе . Но,
по сути дел а, она ничем не отличается от шу­
точной конструкции из ножа и вилки.
Чаще всего для регистрации отдел ьных час­
тиц применяют т ак называемый счетчик Гей­
гера . Это са мый распространенный измеритель
радиоактивности. Он может зарегистрировать
любую заряженную частицу , лишь бы она по­
пала внутрь счетчика и создала там ионы. Н а­
пряжение на счетчике Гейгера очень большое .
КАК ВИД ЯТ НЕВИДИМОЕ
Электроны , возникшие в результате ионизации,
разгоняются под действием этого напряжения и
срывают на своем пути внешние электроны с
атомов электрически нейтральных газов. Они
создают грандиозную ионную лавину, которую
уже легко измерить обычными приборами. Счет­
чики Гейге ра позволяют вести интереснейшие
наблюдения над различными частицами , мча­
щимися к нам из гл убин мирового простран­
ства. Особенно широко эти исслед ования стали
проводиться после запуска искусственных спут­
ников Земли.
Исключительно важно знать направление
полета к осмических частиц. Чтобы определить
его , пользуются сразу несколькими счетчика­
ми - так называемой схемо й совпадений. На­
пример, в такой схеме соединены три счетчик а.
Сработает она только в том случае , если части­
ца пролетит че рез все три счетчик а. После это­
го мы можем ск азать , откуда она прилетела,
определить ее путь в пространстве .
Чтобы не спутать направление полета одн ой
частицы с полетом нескольких , применяется
другая комбинация счетчиков - схема · ан ти­
совпадений. Она регистрирует только те части­
цы , которые прошли лишь через один счетчик .
Сочетая эти две схемы , можно очень точно опре­
делить количество различных частиц, бомбар­
дирующих нашу планету , и направление их
полета.
Т УМАН ПОМОГАЕТ ВИДЕТ Ь
В воздухе при оп ределенной температуре
может соде ржаться только строго определенное
количество водяного пара. .Как только темпе­
ратура насыщенного парами воздуха умень­
шится , пар начинает конденсироваться в :мель­
чайшие капельки . Особенно легко происх одит
конденсация на пылинках . .Как говорят , пы­
линки - это це нтры конденсации , центры об­
разования капелек.
Английский ученый Вильсон , исследуя , как
образуется туман, обнаружил интересное явле­
ние : при некоторых условиях цент рами конден­
сации могут быть не только пылинки, но и
ионы. Сами ионы не видны , их размеры нич­
тожны , но мельчайшие водяные капли , образо­
вавшиеся вокруг них , становятся видимыми.
Ионы образуются на пути заряженной частицы
бесп рерывно, и в воздухе можно увидеть след ,
состоящий из тумана - капелек воды . Такой
след можно сфотографировать . И это будет уже
вп олне реальное доказательство, что в простран-
808

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
«Телескоп» для регнстрации косм ических частиц ИО'1Иаа­
циоиным11 счетчиками Гсйгсра.
ст ве хамеры произошел хахой-то ядерный про­
це сс , что там появилась та или иная части ца .
Прибор, в хотором можно набл юда ть слеДы
летящих и сталхивающихся частиц, называется
804
по имени его изобретателя :камерой Вильсона.
Резерфорд назвал каме ру Вильсона «самым
оригинальным и изуми тел ьным инструментом
в истории наухю>. Другие ученые называют ее
«судьей ядерной физихи» . Много теорий разби­
лось при проверхе опытов этим совершенным
аппаратом , и с помощью его сде лано много
неожиданных открытий:. Начиная с опытов Ре­
зерфорда , все новое в яде рной физю<е проверя­
лось хаме рой Вильсона . Именно в намере Вш1ь­
сона подтвердилось предположение о существо­
вании нейтрона, в ней отх рыли позитрон , в ней
изучались всевозможные ядерные реахции , с ее
помощью были получены снимхи следов , остав­
ленных всеми частицами, хоторые были откры­
ты физихами.
Существует множество самых разнообраз­
ных конструхций эт ого замечательного уст-
Схема камеры Вильсона.
ройства. П ринцип действия у всех у них один
и тот же . В хахой:-то момент в хамере резхо рас­
ширяют газ , хоторым она наполнена, газ из-за
этого охлаждается и пары ж1щхости начинают
х онденсироваться . Если в этот момент через
каме ру пролетит ханая-нибудь зарю1, енная
частица , на ионах в ее следе образуются мел ь­
чайшие капли. В момент расширения газов
в юr ючается фотоаппарат. На снимке получится
изображение процессов , происходивших n про­
странстве хамеры в момент съе,,rю1 . Если n это
время через камеру летела частица , то след ее
мы увидим на снимке. Для наблюдения на д
различными ядерными реа1щ11ями хамеру на­
полняют соответствующим газом , в хотором со­
держатся яд ра, интересующие исследователя,
а потом уже на сюншах изучают различн ые
взаимодействия с этими ядрами.
Ахадемих Д. В . Схобельцын много работа л
с камерами Вильсона . Он предл ожил интерес-

ное усовершенствование, Rоторое теперь носит
его имя . По методу СRобельцына , Rамеру Виль­
сона вводят в сильное магнитное поле . Следы
частиц исRривляются . ИсR ривдение зависит
от величины заряда частицы и его з1raRa. Это
устройство позволяет точно определить массу
частицы и величину е е заряда.
Обычно Rамера Вильсона снабжена специаль­
ным , очень сложным механизмом , расширяю­
щим газ . Между двумя съемR ами частиц дол­
жен пройти RаRой-то период «вре�rени восста­
новления» , Rогда Rамера RaR бы «приходит
в себя» : в пей восстанавливается нормальное
да вление газа и исчезают сR онденсировавшиеся
RапельRи . Но существует уст ройство - диффу­
зионная Rамера, Rоторое всегда готово к дей­
ствию и не нуждается в механизме для распш­
рения газа. Диффузионная камера устроена
весьма просто. Основная ее часть - это ци­
линдр, который све рху подогревают , а спи:зу
охлаждают . Г аз , насыщенный водяными пара­
ми, идет сверху вниз , приме рно в середине Rа­
ме ры пар конденсируется на ионах и следы
попадающих в эту зону частиц становятся
видимыми.
Самый совершенный прибор - это, конечно,
самоуправляемая камера Вильсона. Э тот при­
бор сам себя вRлючает . Возле обычной Rамеры
Вильсона расположены по схеме совпадения
счетчшш Гейгера. Исслед ов атель , проводящий
опыт , может сидеть поодаль и ждать , когда
Rаме ра сработает . Послышится хараRтерный
щелчок , и мгновенная вспышка света озарит
комнату. В Rамере произошло расширение га­
за, зажегся свет сиJiьной лампы и щеJ1Rнул фо­
тоаппарат. Все :JТи приборы включила сама
частица , пролетевшая через камеру. Она про­
ш.'!а через оба счетч1ша (а значит , и через ка­
ме ру) , второй счетчю< вместо обычного сигна­
ла 1шлючил эле1;тричесний ток и тем самым при­
в ел в действие расширяющий механи:зм , лампу
и фотоаппарат. Тю> частица фотографирует
ca�ra себя . С п о мощью са�юуправляемой н а­
.меры Впльсона можно оп редел ять виды частиц ,
их знаR , величину их заряда и энергии. Можн о
паб.'lюдать различные ядерные реанции. В нате
время :JТот замечатвльный прибор используется
во всех лабораториях , где исследуются элемен­
тарные частицы .
ЧАСТllЦА-ФОТОГI• АФ
Отн рытие радиоактивности началось с того,
что Анри Беккерель положил кусочек урановой
о20Д.э.т.з
КАК ВИДЯТ НЕВИДИМОЕ
Диффу::шоииая камера.
соли на завернутую в черную бумагу фотопла­
стинку. С те х пор метод регистрации ядерных
частиц на фотопластинках стал одним из самых
распространенных. Но фотоэмульсия на этих
пл астинках гораздо толще , чем на применяемых
при обычном фотографировании. :Когда заря­
женная частица проходит че рез пластинку, в ее
фотоэмульсии образуются ионы и вокруг них
откладывается металличе ское се ребро. После
проявления пластинки виден путь , по которому
пролетел а частица.
До проявления пластинRи след частицы со­
храняется внутри эмул ьсии в скрытом виде .
Если че рез непроявленную пластинку проле­
тит еще одн а частица и даже несколько, их след
также будет запечатлеf! в фотоэмульсии. Таким
образом, в фотоэмуль сии могут наRопиться сле­
ды многих частиц и разнообразных ядерных
реаRций. :Когда же пл астинRа будет проявJiена,
исследователь сможет судить о заряде и ско­
рости частиц по вел ичине следа .
Чем (< жирнее» след частицы , тем большим
зарядом она , следовательно, обладала. ТраеRто­
рия высокозаряженной: частицы напоминает
колос ржи. «УсиRи» , отходящие от сердцевины,
Заряженная частица в зму11ьсю1 фотопластинки.
805

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
представляют собой следы эле:ктронов , :которые
частица выбивает на своем пути из атомов . Чем
извилистее путь частицы , тем меньшей массой
она обл адает - ведь лег:к ие частицы рассеи­
ваются гораздо сильнее тяжел ых .
В последние годы ученые стали применять
специальные фотоэмульсионные :камеры . В них
светочувствительные сл ои расп олагаются стоп­
:ками. Это позволяет еще более детально сле­
дить за поведением заряженных частиц.
СЧЕТ ЧИКИ ЧEl•EJIKORA
Каждое новое от:крытие в ядерной физи:ке
тотчас же становится поводом для обсуждения :
а нел ьзя ли приспособить его :к измерительt1ой
т�хни:ке? Та:к произошло и с от:к рытием совет­
Сl\ого физи:ка П. А. Черен:кова. Он обн аружил ,
что частицы , которые проходят чере з вещество
fiы.ст рее , чем через это · же вещество проходит
свет , излучают эле:ктромагнитные :колебания.
Си.1
1
а тю\ого свечения зависит от скорости час-
Свечение Черенкова.
тицы , ее заряда и вещества, через :которое он а
пролетает . На основе этого физичес:кого явле­
ния Черен:ков ск онструировал счетчи:к , превос­
ходно измеряющий с:корость частиц. А это :как
раз и был о в то время самым трудным - пра­
вильно определить с:корость частицы .
Счетчи:ки Черен:кова применяются теперь
Д.'IЯ изучения ядерных процессов , :которые про­
исходят при больших эне ргиях частиц. Та:к ,
с их помощью была обнаружена новая , весьма
инте ресная
протон.
элемент арная
частица - анти-
ПУЗ ЫРЬКОВАЯ КАМЕР А
В сте:клянном сосуде , наполненном жид:ко­
стью , давление на одну из стено:к может ме­
ня ться . Если давление понизить очень быстро,
жид:к ость о:кажется «перегретой» : ее темпе рату-
808
ра станет выше температуры :кипения при пони­
женном давлении . Состояние это неустойчиво ,
и на ионах , созда нных пролетевшей через жид­
ность ми:крочастицей, начинают образовывать­
ся пузырь:ки пара. Это явление лежит в основе
устройства пузырьковы х камер. Обычно в пу­
зырьковых :камерах применяют сжиженные
газы - эфир, пропан и др. Есть камеры , за­
полняемые жидким водородом или азотом .
В та:ких :камерах газ находится под большим
давлением : иначе нз него и не получишь
жид:к ость .
Регнстрац�tя 11
1•
ii тронов.
В устройствах , о котор ых м ы до спх пор рас­
сказывали, р егистрируют заряженные части­
цы . Но ведь в прантике часто приходится иметь
дело с гамма-излучениями или с нейтронами .
Зарегистрировать гамма-лучи совсем просто.
В любом счетном устройстве :кванты этого излу­
чения выбивают из стено:к счетчи.ка элеитроны,
:которые можно зарегистрировать обычным дл я
эт ой намеры способом.
У нейтронов электрическ ого заряда нет.
Поэтому, :казалось бы , для них непригодны при­
боры, в :которых частицы регистрируются мето-

дом ионизации . Но физики научились регистри­
ровать нейтральные частицы и в обычных каме­
рах . Для этого надо лишь слегк а видоизменить
камеру.
Нейтроны весьма активно ре агируют с не­
к от орыми веществами. Сталкиваясь с легким
яд ром , например водорода , нейтрон может так
сильно уд арить по нему, что вытолкнет из ато­
ма. Появится з аряженная частица , и на ее
пути начнется образование ионов. Наполнив
водородом счетчик Гейгера, можно регистри­
ровать нейтроны , отмечая следы «освободив­
шихся» яде р водорода - протонов .
Некоторые легкие элементы (бор, литий) ,
захватывая нейтроны, испускают альфа-части­
цы . Значит , наполнив счетчик газом , соде ржа­
щим бор , можно з арегистрировать нейтронное
и злучение.
Если же нужно з а регистрировать не отдель­
ные нейтроны , а их совокупность , например
м ощность нейтронного потока, поступают еще
проще. Атом , з ахвативший нейтрон , может стать
искусственно радиоактивным. На пути потока
нейтронов ставят пластинку какого-нибудь
вещества, особенно жадно поглощающего ней-
ВЕЛИКИП ЗАКОН
троны. Чем больше нейтронов пройдет че ре з
эту пластинку, тем более радиоактивным станет
ее вещество. Измерив величину наведенной ра­
диоактивности, судят о количестве нейтронов
в потоке.
ИСКРОВЫЕ СЧЕТЧИКИ
Эти: приборы, позволяющие видеть невиди­
мое , стали применяться всего лишь лет пятнад­
цать назад. Искровой счетчик и зготовляется
в виде герметичных сосудов , наполненных га­
зом. В сосуде параллельно р а з мещаются два
плоских электрода, к которым прил ожено
высокое напряжение . Его ве.тшчина подбирается
таким образом , чтобы при прохождении иони­
зирующих частиц между электродами возникал
искровой пробой. Искра проск акивает в том
месте , где прошедшая частица создала иониза­
цию газа.
Искра обладает .большой яркостью , и ее
легко сфотографировать . Это поз воляет точно
оп ределять момент прохождениз частицы и
обрисовать ее траекторию .
•
ВЕ.JI ИКИЙ ЗАКОН
• . . Изложенное содержит далеко не все то, что увидели до сих пор
через телескоп периодического закона в безграничной области х и м и че­
ских эволюций, и тем паче не все то, что можно еще увидеть ...
В истории развития человеческих знаний
немало великих подвигов . Но только очень
немногие из них можно сопоставить с тем, что
было сдел ано Дмитрием Ивановичем Менде ле­
евым - одн им из величайшкх гениев мира.
Научный подвиг Менделеева не имеет равных,
величие его не толыfо не стирается неумоли­
мым временем , но продолжает расти. И никто
не может ск азать , будет ли когда-нибудь ис­
черпано до конца все содержание одн ого из ве­
личайших в науке обобщений - периодического
зак она Менделеева.
20"
ОТКРЫТИЕ
ВЕЛИКОГО ЗАКОНА
МЕНДЕЛЕЕВ
Открытие периодиче ского закона было оченr.,
незаметным и ск ромным.
17 февраля 1869 г" собираясь в дорогу, п ро­
фессор Петербургского университета Дмитрий
Иванович Менделеев на обороте письма , в ко­
тор ом его просили приехать и помочь производ­
ству , сдел ал первый набросок таблицы химиче­
ских элементов . В этой таблице он расположил
элементы в.порядке возрастания их атомных ве-
80.7

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
па зт rм листке 17 февраля 1869 r. Менделеев набросал свой
П«'рвый вариант периодического закона. Он еще да.чеко не по­
:хощ на привычную форму периодической таблицы элементов
нз у•1ебника химии.
сов п проследил перподическую повторяемость
llX СВОЙСТВ.
Этот день дод жен быть отмечен в истории
науки как начало новой эры : в этот день з аро­
дплись смелые предск азания о существ овании
в мироздании никому не известных элементов .
Этот день положил начало одн ой и з наиболее
11
1
огущественных наук - современной химии.
l\ этому дню посходят истоки наших позна­
ний об атоме и его строении , истоки, которые ,
развиваясь , привели в наши дни человечество
к овл адению атомной энергией .
В тот день Менделеев отл ожил свою поездк у.
Он написал на отдельных ка рточках все извест­
ные тогда элементы с их важнейшими химиче-
308
скими и физическими свойствами. Располагая
эти карточки в различном порядке , сообразуясь
с атомными весами элемент ов , с их свойствами
и со свойствами их соединений, Менделеев со­
ставил свой первый вариант естественной си­
стемы химических элементов.
Но что же все-таки было сдел ано Менделее­
вым в этот исторический для науки день -
17 фе враля 1869 г.? На этот вопрос он ответ
дал сам. Вот как , по его собственным словам,
была им открыта периодическая система :
« ...Невольно зародилась мысль о том, что
между массой и химическими свойствами не­
обходимо должна быть связь . А так как масса
вещест:ра, хотя и не абсолютная, а лишь отно­
сительная , выражается ок ончательно в виде
весов атомов , то надо искать функциональное
соответствие между индивидуальными свой­
ств ами элементов и их атомными весами. Иск ать
же что-либо , хотя бы грибы или какую-нибудь
зависимость , нельзя иначе , как смотря и про­
буя . Вот я и стал подбирать , написав на отдель­
ных карточках элементы с их атомными весами
и коренными свойств ами, сходные элементы и
близкие атомные веса , что быстро и привело к
тому заключению , что св ойства элементов стоят
в периодической зависимости от их атомного
веса , причем , сомневаясь во многих неясностях ,
я ни минуты не сомневался в общности сделан­
ного вывода, так как сл учайность допустить
было невозможно» .
С этого дня Дмитрий Иванович отбросил все
свои з анятия . Он с огромным напряжением
отд ался только работе над периодическим
законом.
1 марта 1869 г. Менделеев разослал мно­
гим русским и заграничным ученым неболь­
шой листок , содержавший первый вариант
периодической системы - «Опыт системы эле­
ментов» , а несколькими днями позже передал
своему другу проф. Н . А. Меншуткину доклад
под названием «Соотношение св ойств с атом­
ным весом элементов» .
Менее двух недель продолжалась поист ине
титаническая работа Менделеева над созданием
основного закона современной химии . За этот
короткий период он сумел пройти весь путь
от первого проблеска, от первой догадки о су­
ще ствовании нового неизвестного з акона при­
роды до его четк ой формулировки , до его исчер­
пывающего доказательства и величайших в ис­
тории науки предска з аний.
Завершив'
'
первый этап работы над периоди­
ческим законом , Менделеев вернулся к отло­
женному делу, связанному с помощью промыш-

ленн ому производству, и уехал из Петербурга
в командировку.
Первое сообщение о величайшем открытии
был о сд елано 6 марта 1869 г. на заседании Рус­
ского хпмпческого общества . Менделеева на
этом засед ании не было. Вместо отсутствовав­
шего автора его доклад прочел Меншуткин.
В протокол ах Русского химического общества
появилась сухая запись о собрании 6 марта
1869 г. : «Н. Меншутrшн сообщает от имени
Д. Менделеева опыт системы элементов , основан­
ный на их атомном весе и химическом сходстве.
За отсутствием Д. Менделеева обсуждение этого
сообще ния отл ожено до следующего заседанию>.
Этот сух ой канцелярский протокол стал ис­
то ричесюш документом огромной важности -
свндетельством о первом знакомстве человече­
ства с новым законом природы, с открытием,
которое перевернуло впоследствии весь ход
развптия научной мысли.
Но нужно признать , что ученые , современ­
нпкп Менделеева , впервые услышавшие и узнав­
ш пе об этой периодической системе элементов, не
смогли ее сразу понять . Они не обратили на нее
внимания и остались к ней равнодушными.
КАК БЫЛ ОТКРЫТ
ПЕРllОДИЧЕС RИit ЗАКОН
А был о ли все так просто, как расск азывал
сам Менделеев? На первый взгляд и в самом деле
нет ничего трудного в том, чтобы, написав н а
ВЕЛИКИЙ ЗА КОН
ОПЫ!'Ь CЯCTEJlьt ЭJIJDBTOl1t
f
.".
Т1""
"°
Zt•М t-180.
v=б1 tl
lЬ
•IJ4Т.
.
•tQ.
Cf..
.
s1 ••- $8 w-t•
Mf.1•&5 Rl
l
-t04.• \l't-m1'
F'е-и 811 - 104_. 1r•1•
Ж-tо-69 tt- t06,f 0.-. IИ,
,
eu-вs.
.
AJ..
.
toa lfa•io
o
В.""'В.•Мg.;.
.,
24 Zn..
.-
85.t Cd• 112
J,.,
,,.
11 AJ• n"" ?•68 tlr•H& А�·•"'
С= f� S1 •28 ?-'70 Sn-.Ha
N=t4 Р• ЗI м -75 sь-122 ••••"
O=l'ti S-.$2 $е-'79,• Te •f�8'
F-tз Cl•ЗS,• lr•80 ·- ·�,
..
.
,..
.
" На =2Э К•З9 Bl! -�.4 es-t$f n""
Са•(.() Sr..
.
�1•• 1М• iз1 rь.
..
ю1
?..
.
45 Ce.tJ;
?Jr =W ta-t4
. ?Yt•(\O 1),.;
;
�$
?tn -1$�Tti -нм
«Первые мысл11 о период11чностн, - п11сал д. И . Менделеев,­
вложены мною в л11сток ".
который 1-го марта 1869 г. был
послан мною многим ·ученым». Это самая первая таблица
период11ческой с11стем ы элементо в. Она далеко еще нс закон­
чена. У нее необычная и неудобная форма. В ней еще можно
заметить много неточностеii . Но самое главное в атом листоч­
ке - его историческое значение. Это он впервые возвест11л
м11ру о наступлении новой эры в науке. Это он положил на­
чало разгадке тайны строения атома. Замечательно то, что
уже в этой самой первой таблице оставлены и отмечены знаком
вопроса п у с т ы е места .. Ря)!.ом приведена рукопись Мен­
делеева, с которой и был сделан типографский набор этой
первой в мире периодической таблицы.
отдельных карточках названия элементов , их
атомные веса и свойств а, расположить их по
порядку.
Ведь из всех сп особов , какими можно был о
бы комбинировать эти карточки, наиболее про­
стой - расп оложить их в ряд по возрастанию
атомного веса начиная с элемента с наимень­
шим весом.
Это , конечно, первое , что должно прийти
в голову каждому . Подметить же закономер­
ность в изменении свойств правильно распо­
ложенных элементов не так уж должно быт::
:.
труд но. Ведь эти свойства во времена Менделе­
ева были хорошо известны.
В чем же заслуга Менделеева? Давайте усло­
вимся на некоторое время забыть все , что нам
уже известн о о химии, все , что мы успели узнать
309

КАК И И 3 ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕ НО
в шк оле о периодической системе , вообразим ,
что мы перенеслись в сере,и;ину прошлого века
и можем знать толь.ко то, что знали современ­
ники Менделеева.
К этому времени был о от.крыто и изучено
примерно шестьдесят химических элементов.
Свыше тридцати элемент ов были еще неизвестны,
и об их существовании никто тогда и подозре­
вать не мог.
Эта фотография была сделана в том же
rоду , в котором великий ученый зало­
жил основы периодического
закона.
Одно нз величайших открытий в науке
было сдел ано еще совсем молодым уче­
ным. В 1869 r. Д . И . Менделееву ис-
полнилось всеrо лишь 35 лет.
Уже были найдены способы определения
а томного веса , но измеряли его еще г ру­
бо , с малой точностью , и дале.ко не для всех
элементов правильно. Для химик ов времен
Менделеева это была еще очень трудная зада­
ча. Неверно были определены атомные веса у
многих элементов , причем , конечно, об этом
тогд а тоже никто не подозревал .
Значит , из приме рно девяти десятков эле­
ментов , существующих в природе , хими.ки
более или менее хоро::по изучили только около
п я т идесяти элементов .
К ак же дол жен был бы распол ожить свои
.карточки Менделеев? Самый малый атомный вес
у водорода (Н), он равен 1. Следующим по по­
рядку был в то время литий (Li). Его атомный
вес около 7. За ним шел бор (В) с атомным весом
около 11. Далее углерод (С) с атомным весом 12,
3:10
а зот ( N) с атомным весом 14, бериллий (Ве)
с атомным весом тоже 14, затем кислород (О),
атомный вес .которого равен 16, фт ор (F) с атом­
ным весом19ит.д.
Следовательно, в 1869 г. любой химик , же­
лая расположить .карточки с написанными на них
обозначениями элементов , их атомными ве са­
ми и химическими свойствами по возрастанию
атомного веса, должен был бы составить вот
ка.кой ряд:
ГоlГrl[Na]ГмmfAtlГsil
����,��
ГРlГslГс1l
���
На этих карточках написаны округленные
атомные веса с той точностью , с .какой они были
известны хими.кам в 1869 г.
А ка.к расп ол ожил Менделеев свои карточк и
с элементами?
Конечно, на перво й .карточке у Менделеев а
также были написаны : название , атомный вес
и свойства водорода.
Вторую .карточ.ку с атомным весом и свой­
ствами металла лития он поместил под .кар­
точ.к ой водорода. Н а трет ье место рядом с
л и.т ием Менделеев положил карточку, на кото­
рой было им написано :
�
хотя в те времена большинство химиков было
т вердо уверено, в соответствии со всеми данными
химии бериллия , что на этой карточке должн о
было быть помечен о :
Почему же Менделеев, не проводя сам ника­
.ких новых исследований, не определяя атом­
ный вес элемента бериллия, не изучая его
химичес.кие свойства , осмелился исправлят ь
атомный вес - важнейшую и, казалось бы,
уже твердо установленную хара.ктеристику хи­
мического элемента ? Ведь он сам никогда не за­
нимался научными исследованиями в области
химии бериллия .

ВЕЛИКИИ ЗАКОН
На четвертое место Менделеев поместил кар­
точку бора .
на металл натрий: оба мягкие , легко режутся
ножом, бурно реагируют с в одой, образуя щело­
чи. Бериллий и магний схожи друг с другом .
У фтора много общего с хлором - это едкие
удушливые газы, которые образуют с металлами
совершенно сходные соединения . И каждый
химик 3нает, что свойства кислорода и серы
сходны между собой.
Пятое место занял у него углерод .
На шестом месте - азот , далее следовали
кислород и фтор .
Девятая карточка, принадлежащая металлу
натри ю, была им по мещена под второй, на ко­
торой были записаны химические характери­
сти ки металла лития .
При таком расп оложении совершенно четко
проя вилась периодичность свойств у элементов.
В двух первых коротких периодах менделеев­
ской таблицы правильно чередуются элементы
с аналогичными свойствами.
Затем по поряд ку следующее место занял
магни й, за ним - ал юминий. Под углеродом
оказался крем ний, под кислородом - сера , под
фтором - хлор.
Вот как Менделеев расположил свои кар­
точки с на з ваниями и свойствами элементов
в начале своей табли цы :
Как же все-таки эти период ы были построены
Менделеевым? Пожалуй, он ·был неправ , 1югда
утверждал , что расположил элементы п о их
атомному весу.
Если бы он действительно расположил их по
возрастанию тех атомных весов , которые были
из вестны науке в т о время , то ни.какого перио­
дического за.кона обнаружить было бы невоз­
можно даже в пе рвых рядах таблицы.
Скорее наоборот , Менделеев установил на
основании периодичес.кого з а.кона правильны й
атомный вес бериллия .
Позднейшие исследования подтвердил и эт о
предсказание .
Итак , в вер тикальных рядах оказались хи­
мически сх одные элементы. Металл литий похож
Если исходить из атомных весов , известн ы х
в середине прошл ого ве.ка, то следующие д в а
Предшестве1111ики l\IN1 дe.1
1
eeвa
Великое открытие в науке , конечно ,
никогда не бывает внезапным. И до
Менделее ва многие химики пытались
о тыскать общие закономерности и
сходство в свойствах химических эле­
менто в. Например, немецкий ученый
и. Дёберейнер еще в 1829 г. устано вил ,
что элементы со сходными хим ически­
ми свойствами могут быть сгруппи­
рованы по три: скажем , литий , нат­
рий и кал11й или хлор, бром 11 йод.
Так11с гр)·ппы Дёберейнер назвал три­
адам 11 .
в 1849 г. систематикой элементо в
заннтересовался русский хнмнк Г . И .
Гесс. В своем учебнике сс Основан ия
чистой химии•> он рассм атривал че тыре
группы элементов-неметаллов, и мею­
щих сходные химические свойства:
йод
теллур углерод азот
бром
селен
бор
фосфор
хлор
сера
кремний мышьяк
фтор кнмород
Гесс
писал: ссЭта классификация
еще очень далека от того, чтобы быть
естественной , но она все-таки соеди ­
няет элементы в группы весьма сход­
ные, и с расширеннем наших сведс ­
ю1й она может усовершенствоваться».
Следующий шаr сделал фрвнцуз­
ский химнк Б. де-Шанкуртуа . Систему
элементов он п редставлял себе в виде
спиральной линии на поверхности
цилиндра. на каждом витке - По
16 элементов. Сходные элементы рас­
полагались друг под другом на обра­
зующей цилиндра. Но никто из уче­
ных и не обратил внимания на работу
де-Шанкуртуа.
Английский химик Дж. Ньюлендс
в 1866 г. предложил так называемый
�с закон октав•> . Он с11итал , что все
в мире подчиняется общей гармонии.
И в х11мии, и в музыке она должна быть
единой . Поэтому свойства химических
элементов, расположенных по возра­
станию атомного веса , должны повто­
ряться через каждые семь элементо в ;
так как в музыкальной гамме сходные
ноты чередуются в октаве через каж-
дыс семь нот. По «закону октан »,
однако ,
оказывались
�� сходным1н•
такие совершенно различные элемен­
ты, как углерод и ртуть. Когда Нью­
лендс доложил свою работу на заседа­
нии Лондонского химического обще­
ства, од ин из присутствующих нс беа
сарказма спросил, не пробовал щ1
уважаемый докладчик расположить
элементы в алфавитном порядке и нс
обнаружил ли он и при этом какую­
нибудь закономерность.
Ближе друг11х к истине оказался ,
пожалуй, немецкий хнм11к л. Мсйер.
В 186� г. он предлож11л табл11цу , в ко­
торой все известные химичесю1с эле­
менты были разбиты на шесть гру1111,
согласно их валентности.
но никто И:J ЭTllX славных XИMlfKOR,
много сделавших для подготовки п е ­
риодического закона , и не подозрс оал ,
что н их з наниях о природе элементов
есть <с пустые места•• , открыть Вел11-
кий закон они не могли . Это оказалось
под силу только гению Менделеева.
311

КА К И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
гориз онтальных ряда эдементов , идущих з а
хлором, надо был о бы построить та:к :
Гcl
l
l:
:J
fNtlГс;�fZnlГл;�rs;i[В;]
����t!J�
ТАЙ НА ПУСТОГО l\IECTA
Но, продолжая построение своей таблицы ,
Менделеев разместил :карточки с элементами
совсем не та:к .
Под :карточк ой натрия был а помещена :кар­
точк а с очень пох ожим на натрий :калием ; и kа­
лий стал началом нового ряда. Под магнием
тогда оказался та:кже очень сх одный с ним
:кальций.
Следующим , в порядке возрастания атомн о­
го веса , должен был бы идти ванадий , но его
:карточка по:ка отл ожена в сторону , а вместо нее
рядом с :кальцием Менделеев :кладет пустую( ! )
:карточку. С точ:ки зрения хими:к а прошлого
столетия , это- удивительный, непонятный и
ничем не оправданный поступок.
Вслед за пустой :карточкой можно было
ждать , что будет положена :карточка ванадия .
Но вместо ванадия на следующем месте оказы­
вается титан , у :которого Менделеев осмеливает­
ся , не проводя сам ни:ка:ких исследований,
вопреки всему , что известно о титане всем хими­
кам во всем мире , изменить произвольно его
атомный вес с 52 на 48 (!). После чего , наконец ,
за титаном следует :карточка ванадия, и толь:ко
за ней идут :карточки хрома и марганца.
Ка:к же все-та:ки расп олагал свои :карточки
Менделеев? Ведь и в этом ряду таблицы он раз­
местил элементы вопреки возраст анию извест­
ных в то время атомных весов . Прежде чем по­
местить :карточку титана в таблицу , Менделеев ,
по существу, предсказал истинное значение его
атомн ого веса та:к же , :ка:к это он сд елал для бе­
риллия .
Этот период в таблице Менделеева длинный.
За марганцем идут железо (Fe) - 56, :кобальт
(Со) - 59, никель (Ni) - 59, далее медь (Cu) -
63, цин:к (Zn) - 65 . Но вслед за цин:ком уче­
ный снова оставил в своей таблице подряд два
пустых места .
Далее следовали :карточки с хорошо извест­
ными элементами - мышьяком , селеном и :кар-
312
точка с бромом , завершающая длинный период .
При этом :карточки мышьяка, селена и брома
оказались лежащими под схо дными с ними эле­
ментами :конца предыдущего :короткого пе­
риода : фосфором , се рой и хлором.
�
�����[�
� ��27
��40 0
�8 � ��35
Ш]�[Ш�
515255
��G0�[�
65•
•
757880
[��59 59
Из того , что мы разобрали , совершенно оче­
видно, что все обстояло дале:ко не та:к просто,
:как скромно р асск азывал сам Менделеев .
Одних толь:ко фа:ктов , :которые были извест­
ны химикам до Менделеева, :ка:к бы их ни :ком би­
нировать , не было достаточно чтобы отк рыть
.
один и з велича йших законов природы - пе ­
риодический закон. Нужно было не толь:ко
знать накопленный в течение многих веков хи­
мический опыт . Надо было обладать гениаль­
ностью и особенно тон:кой интуицией, чтобы
охватить всю необозримую совокупность бес­
численного множества химических явлений и
глубоко почувствовать скрытую в них законо­
мерность .
Нужно было обладать особой революцион­
ной смелостью, чтобы , осознав эту закономер­
ность, исп равлять старое 11 предска зывать новое
в нау:ке .
ВЕЛИКОЕ ПРЕДСКАЗАНИЕ
Что же означают пустые места в таблице
Менделеева? Может бьiть, это пробелы в при­
роде и потому хими:ки не нашли элементы,
подходящие :к пустым :клеткам таблицы? Или
это пробелы в человеческом з нании о природе ?
Существует ли, например, в природе элемент ,
атомный вес :которого больше , чем у :кальция ,
и меньше , чем у титана , и в то же время похожий
химичес кими свойствами на бор и алюминий?

МИХАИЛ ВАСИЛЬЕВИЧ ЛОМОНОСОВ

ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ МЕНДЕЛЕJ<:В

У Менделеева сомнений не было. Каждое ме­
сто в таблице соответствует определенному хи­
мическому элементу, который должен обязатель­
но существовать.
Места, на которых были расположены кар­
точки с названиями элементов, клетки в перио­
дической таблице, где вписаны символы эле­
ментов и их атомные веса, для великого уче­
ного были полны глубочайшим содержанием;
они определяли всю природу каждого элемента,
все его физические и химичес.кие свойства и
свойства всех его соед инений.
В 1871 г. в журнале Русского химического
общества появилась большая работа Менделее­
ва. Она называлась «Естественная система эле­
ментов и применение ее к указанию свойств не­
открытых элементов». Вряд ли в мировой науч­
ной литературе когда-либо была опубликована
статья, похожая на эту! В ней Менделеев опи­
сал три никем, никогда и нигде в мире не видан­
ных химических элемента, причем описал их
так обстоятельно, как не смог бы это сделать
иной ученый-исследователь, державший в руках
их соединения и посвятивший долгие годы опыт­
ному изучению их в лаборатории.
Во всей истории науки трудно найти что­
либо равное этому необычайному выступлению
русского хпмпка - не только по научной сме­
лости, не только по революционной глубине вы­
сказанных в нем мыслей, но и по огромному влия­
нию этой статьи на развитие не только химии,
но и всей науки в течение почти столетия вплоть·
до наших дней.
«Решаюсь сделать это ради того, чтобы хотя
со временем, когда будет открыто одно из этих
предсказываемых мною тел, иметь возможность
окончательно увериться самому и уверить дру­
гих химиков в справедливости тех предположе­
ний, которые лежат в основании предлагае­
мой мною системы»,- писал в этой статье
Менделеев.
Каким же путем периодический закон дает
возможность описывать неведомое? Каким обра­
зом место в таблице определяет свойства элемен­
та? Лучше всего это можно понять, если попы­
таться, по примеру Менделеева, сравнить свой­
ства элемента пустой клетки со свойствами его
соседей. Выделим из таблицы ту часть, кото­
рая включает пустые места и окружающие их
элементы.
Пустая клетка между кальцием и титаном
находится в начале четвертого периода, а две
пустые клетки, расположенные рядом между
цинком (Zn) и мышьяком (As), находятся в кон­
це этого периода.
ВЕЛИКИЙ ЗАКОН
Гипотетический (предполагаемый) элемент,
который должен был занимать первое пустое
место, Менделеев назвал э.кабором. В таблице
он следует за кальцием. Тот элемент, который
должен занять пустое место около цинка,
Менделеев назвал зкаалюми нием, а соседний
с ним - з.касилицием.
][
111
IV
v
2ВевсN
9
11
12
tl,
зMgAISiр
21,
27
28
31
Са?
Tiv
40
1,8
�1
'
Zn?
?
As
65
75
SrуZrNb
811
89
9t
91,
5
CdInSnsь
112.
114
119
120
Пустое место экабора находится между каль­
цием (атомный вес 40) и титаном (атомный вес
48). Следовательно, атомный вес экабора дол­
жен быть близок к среднему значению:
40+48
= 44.
2
С кислородом он должен давать окись, анало­
гичную по составу с окисями бора и алюминия:
Х203• Сам экабор должен быть легким металлом:
он ведь стоит между двумя легкими металлами­
кальцием и титаном. Плотность соседей экабора
по ряду позволяет определить и его плотность.
Для кальция она равна 1,6, для титана - 5,2.
Поэтому плотность экабора должна быть при­
близительно равна:
1,6+5,2_34
2
-
'.
У экабора дол жны быть бесцветные соли, по­
тому что соседи образуют бесцветные соединения.
Из растворов его солей экабор можно осаж­
дать содой, его углекислая соль будет нераст­
воримой, потому что его соседи образуют
нерастворимые углекислые соли.
Попробуем описать и еще один элемент,
пустое место которого находится рядом с цин­
ком, - экаалюминий.
Между цинком и мышьяком Менделеев оста­
вил два пустых места. Атомный вес мышья ка -
313

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
75, цинка - 65. Нетрудно сообразить, что ЭI<а­
алюминий должен обладать атомным весом око­
ло 68. Он помещается в третьем столбце рядом
с металлом цинком; в этом столбце находится
алюминий - тоже металл, и экаалюминий дол­
жен быть на него похожим. Значит, экаалюми­
ний будет тоже металлом.
Плотность его мы определили бы по извест­
ной плотности ближайших соседей, учитывая
лишь, что рядом с экаалюминием есть еще одно
пустое место - экасилиций. Плотность эка­
алюминия должна быть близка к 6,0. Так же,
как и экабор, ЭI\аалюминий можно осадить со­
дой из растворов его солей.
Соединения алюминия с хлором обладают при
высокой температуре летучестью, и хлористое
соединение экаалюминия дою1шо быть также
летучим.
Вот какими словами Менделеев заканчивает
описание свойств экаалюминия: «Можно наде­
яться , что он будет открыт спектральным ис­
следованием, подобно тому как открыты сле­
дующие за ним индий и таллий...))
Таким образом, Д. И . Менделеев не только
описал неведомое, но и предсказал, как оно
будет познано.
RAR ОПРАВДАJIИСЬ
ПРЕДСRАЗЛИИЯМЕНДЕJIЕЕВА
Не прошло и шести лет, как весь мир облете­
ло известие: в 1875 г. молодой французский
ученый-спектроскопист Лекок де Буабодран
выделил из минерала, добытого в Пиренейских
горах, новый элемент. Буабодрана навела на
след слабая фиолетовая линия в спектре ми­
нерала, которую нельзя было приписать ни
одному из известных химических элементов.
В честь своей родины, которая в древности на­
зывалась Галлией, Буабодран назвал новый
элемент галлием. Галлий-очень редкий металл,
и Буабодрану стоило большого труда добыть
его в количестве немногим больше булавочной
головки. Но Буабодран оказался большим ис­
кусником. Он ухитрился с этой крупинкой про­
делать много интересных опытов и подробно опи­
сал новый металл: удельный вес галлия, темпе­
ратуру плавления, соединение с кислородом и
даже соли.
Каково же было удивление Буабодрана, ког­
да через Парижскую академию наук он получил
письмо с русской маркой, в котором сообщалось:
в описании свойств галлия все верно за исключе-
·r""lf.
B"O'•IIO'
,,
,
.,.
R'O'
..
..
.
"�.1)
&'0'8880'
.
.
..
..
.
1UГ
·:ви•
не
IIO
-;z;-JW
08=193
""'
�0.Н'l
l'
·�о.с··
о. "а,•
�i2
'-'G
21•
.
!!
·-
15J
JU
111
11
111$1
Ir=l9б
�т Au-le'J
k'l1i':
:
li1nщ
••С!
!
А.0
l���;\'l tf.CJtJ'�I А"\!!Аа'О.
l'l
_
aч:.r•
•·�er·
-
-
:и�
"'
'IW
Эта таблица была помещена д. И . Менделеевым в одном из первых изданий ero учебника «Основы химии» (1871). В ней
е ще очень миоrо пустых мест. Еще не открыты rаллий, скандий и rермаииii, и их места занимают пока еще не оправ­
давшие предсказания об их существовании: зкаалюминиii, зкабор и зкасилициii. Совершенно отсутствует нулевая rруппа"
о существовании в природе благородных rвзов пока еще никто в мире не подозревал. Особенно и11тересио, что Менделеев
в зтоii таблице предусмотрел пять свободных мест за ураном.
814

пнем удельного веса: галлий тяжелее воды не
в 4,7 раза, как утверждал Буабод.ран, а в
5,9 раза.
Неужели кто-то другой открыл галлий
раньше? Озадаченный Буабодран заново оп ре­
делил удельный вес галлия, подвергнув металл
более тщательной очистке. И оказалось , что он
ошибся, а автор письма - это был, конечно,
Менделеев, который никогд а и не видел галлия,­
прав: удельный вес галлия равен не 4,7, а 5,9.
Еще через 4 года, в 1879 г.. , скандинавский
химик Нильсон нашел новый неизвестный эле­
мент в ред ком ми нерале гадолините. Его назва­
ли скандием. Когд а же были изучены его свой­
ства, стало совершенно очевидно, что это не что
иное, как давно известный, по предсказаниям
Менделеева, экабор.
А через 15 лет после предсказания Менделее­
ва (в 1886 г.) немецкий химик Винклер открыл
новый элемент и назвал его германием.
На этот раз Менделееву не пришлось самому
указывать, что и этот вновь открытый элемент
был им предсказан ранее. В своем сообщении
Винклер отметил, что его германий полностью
соответствует экасилицию Менделеева.
Он писал в своей работе: «Едва ли можно
найти иное более поразительное доказательство
справедливости учения о периодичности, как во
вновь открытом элементе. Это не просто под­
тверждение смелой теории, здесь мы видим оче­
видное расширение химического кругозора,
мощный шаг в области познания».
Винклер не искал германий по приметам,
опубликованным Менделеевым. Он наткнулся
на него случайно. Получилось так, что еще не­
открытые химические элементы как бы взяты
на учет: их столько, сколько пустующих клеток
в периодической таблице Менделеева. Приметы
каждого из них в точности известны, и даже
можно предсказать заранее, в каких минералах
нужно их искать, какими химическими спосо­
бами следует извлекать эти элементы из мине­
ралов, в которых они скрываются.
Величие научного . открытия определяется
в первую очередь тем, что оно позволяет пред­
видеть новое, еще неизвестное, неоткрытое.
И лучшим испытанием нового закона будет
осуществление сделанных на его основе пред­
сказаний.
Существование в природе более десяти
новых, не известных никому элементов предска­
зал сам Менделеев. Для десятка элементов он
предсказал правильные атомные веса. Все по­
следующие поиски новых элементов в природе
велись исследователями при помощи периоди-
ВЕЛИКИЙ ЗАКОН
ческого закона. Этот закон не только помогал
ученым в поисках истины, но и способствовал
исправлению ошибок и заблуждений в науке.
В 1864 г. был «открыт» элемент «ильмений».
Для него был установлен атомный вес 114.
По некоторым свойствам он был похож на мар­
ганец. Казалось, что его следует поместить в
свободную клетку таблицы, где должен был
находиться предсказанный Менделеевым эка­
марганец. Но Менделеев отказался это сде­
лать. Он заявил, что «ильмений» своими свой­
ствами не соответствует требованиям периоди­
ческого закона и что такой элемент существо­
вать в природе не может. «Открытие» «ильмtщия»
просто ошибка. Менделеев был прав. Вскоре
было доказано, что такого элемента в при-:
роде нет.
ВЕЛИКОЕ ИСПЫТАНИЕ
ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАКОНА
26 октября 1868 г. на заседании Парижской
академии наук были прочитаны одно за другим
два письма. Одно было прислано из Индии, от
астронома Жансена, другое - из Англии, от
астронома Локьера. Оба сообщали, что в
спектре солнечных протуберанцев они (незави­
симо друг от друга) обнаружили новую желтую
линию, которая не может принадлежать ни одно­
му химическому элементу из существующих на
земном шаре. Было решено, что новая линия
в спектре принадлежит какому-то особому, «не­
бесному», элементу. Он был назван древ не­
греческим именем Солнца - гелий.
Спустя 25 лет после открытия гелия на Солн­
це знаменитый английский физик Релей обна­
ружил очень странный факт: литр чистого азо­
та
'
, добытого из воздуха, тяжелее, чем литр того
же азота, полученного из любого азотного сое­
динения. Разница была ничтожна - тысячные
доли грамма, но она была.
Релей написал об этом письмо в лондонский
журнал «Природа». Он спрашивал, не сумеет ли
кто-нибудь из читателей журнала объяснить, по­
чему «воздушный» азот тяжелее. Но ответов не по­
следовало. Тогда Релей обратился к своему дру­
гу - известному химику Рамзаю, и они решили,
что каждый из них не покинет свою лабораторию,
пока загадка не будет разгадана. Они работали
разными методами и, наконец, нашли, что в
обычном воздухе существует какая-то примесь,
и не малая: в каждом литре воздуха содержится
около 10 см3 еще неизвестного газа.Они дали
ему имя «аргон». Странный это был газ. Подоб-
3:1.$

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
вых веществ химики еще не знали. Никакими
средствами им не удавалось заставить его всту­
пать в химические реакции. Это и было выра­
жено в его названии: по-гречески «аргон» -
значит «ленивый».
Аргон оказался новым химическим элемен­
том. Затем Рамзай узнал, что известный химик
Гильдебрант наблюдал некоторые минералы
(они содержали уран или торий), которые при
нагревании выделяют какой-то негорючий газ.
Рамзай решил проверить, не аргон ли это.
Но газ, выделившийся из минерала клевеита,
оказался не аргоном. У него был совершенно
другой спектр, отличный от уже изученного
спектра аргона. Рамзай дал ему имя «Криптон»
(«тайный») и послал запаянную пробирку с
«криптоном» одному из опытных спектроскопи­
стов, 1:\руксу, для точного исследования спек­
тра. В ответ он получил телеграмму: «Нриптон­
это гелий. Приходите и поглядите. 1:\рукс».
Так газ, впервые за четверть века до этого
найденный на Солнце, был, наконец, обнару­
жен на Земле. Гелий 01\азался самым легким
газом после водорода.
Но периодический закон не предусматривал
существование таких химических элементов,
как гелий и аргон. Для них в периодической
системе не было пустых клеток. 1:\уда же поме­
стить новые элементы? Скептики снова воспря­
нули духом, снова зазвучали голо са сомневаю­
щихся в периодической системе и периодиче­
сном законе. Но это продолжалось недолго.
В 1897 г. Рамзай прочел доклад, который он
озаглавил так: «Еще не открытый газ». Рамзай
сказал: «По образцу нашего учителя Менделее­
ва я описал, поскольку возможно было, ожида­
емые и предполагаемые соотношения газообраз­
ного элемента, который должен был бы запол­
нить пробел между гелием и аргоном».
Места для гелия и аргона в таблице нашел
Рамзай. Они былп помещены в новый, нулевой,
столбец между седьмым, где были фтор и хлор,
и первым, где разместились металлы, подобные
литию и калию. Отсюда следовало, что должен
существовать газ, столь же инертный, как ар­
гон, но легче его - с атомным весом 20.
Руководствуясь предсназанными свойства­
ми, Рамзай предпринял поисю1 нового газа и
нашел его в сжиженном воздухе. Этот газ полу­
чил название «неон», что значит «новый», а вско­
ре были найдены и остальные элементы новой
группы: криптон, ксенон и затем радон.
Из нового испытания периодический закон
вышел с победой. Иначе и не могло быть!
После этого ни у кого в мире не оставалось сом-
816
ГrlГ?lГNЗ1
��l:
:J
Гс1
1
�
Га;:]
�
Так были предсказаны Рамзаем на
основании
оерноднческоrо закона
блаrородные rазы. По существу , это
было сделано совершенно так же, как
Менделеев предсказал rаллнй , rерма­
вий и скандий. Все пустые места
вскоре заняли вновь открытые эле­
менты:
неон, криптон и ксенон.
Атомные веса на карточках прибли­
же нные.
пения в истинности периоди­
ческого занона Менделеева.
Этот успех был заслужен­
ным. Великий закон доказал
единство вещества во Все­
ленной. Он внес стройность
и порядок в невообразимую
путаницу бесчисленного мно­
жества фактов, наблюдений,
измерений, накопленных хи­
мией к середине прошлого вена за сотни
лет. Он дал могучий метод для изучения
химических элементов и их свойств. Сам Мен­
делеев исправил атомные веса многих элемен­
тов, известных ранее, в том числе, например,
урана. Периодический закон дал возмож­
ность предсназывать новое - это истинный
закон природы.
Но не все бьто ясно в периодическом законе.
Были необъяснимые исклю�:ения: атомный вес
аргона (39,9) оказался большим, чем атомный
вес .калия (39,1), а аргон в таблице стоит перед
калием. Атомный вес кобальта превышал атом­
ный вес никеля, хотя по свойствам кобальт в пе­
риодической системе должен был предшество­
вать никелю. И у теллура, стоящего перед
йодом, атомный вес оказался больше, чем у
йода. Не только это было неясным в таблице.
Было твердо установлено, сколыю должно быть
элементов в первых периодах таблицы, но оста­
валось совершенно неясным, сколько элементов
должно быть в ее последних периодах.
Самое же главное, что было неясным,­
это сам периодический закон. Он требовал от
науки решить величайшую, казалось, неразре­
шимую задачу: объяснить периодичность хими­
ческих свойств у элементов, из которых состоит
весь окружающий нас мир.
КАК РАДИОАКТllВНЫЕ З"1JEJIEHTЫ
НАШ.ЛИ СВОИ l\IECTА В ТAБ"lJllЦE
l\IEHДEJIEEBA
Развитие науки поставило периодический
закон перед новым, еще более суровым испыта­
нием, чем те, из ноторых он уже с честью вышел.

Это было в конце прошлого - начале нашего
века. Во Франции два скромных ученых -
супруги Пьер и Мария Кюри - заинтере­
совались странным явлением, которое открыл
другой ученый - Беккерель. Они решили вы­
яснить, почему минералы и руды, содержащие
уран, испускают загадочные невидимые лучи,
способные проникать через непрозрачные тела
и действовать на фотографичес1\ую пластинку.
Очень скоро они обнаружили, что в природе
существуют такие минералы, в которых урана
мало, а на пластинку эти минералы действуют
гораздо сильнее, чем чистый уран. Супруги
Кюри предприняли нропотливые, занявшие
долгие годы их жизни поиски новых неведомых
'�az,,
1
-1
'
,9
'
10 �-1_
11'
12
!
j'
1-
•w••lt ••-'*•'-t4aiн,•• •••••fl
ll:
lt !lt'Of11Оjl'Otj118'JJl'O•t80'!lt'Ot!НО•
lwt:a.fit f•11•••••'f•ll
l!
I ••••••••м• c••A�-"••llt
1 1:11llf•/11
11
1
11
1'1
•1
Эта периодическая таблица была помещена в восьмом издании
«Основ хими11>>, которое вышло в 1906 r. и было последним
при жизни автора. Она уже очень похожа на таблицу, которую
теперь изучают школьники, и очень отличается от первых
вариантов. В ней з11ачительно меньше пустых клеток. Уже
заия:ш свои места предсказанные Менделеевым rаллин, екан­
д11й 11 rерманий, уже открыт радий , который также был Пред­
сказан Менделеевым и описан под названием экабария. От­
к рыты уже блаrородные газы, нашедшие свое место в таблице
в новой, нулевой, группе. Но еще недостаточно изучены ред­
к11е земли, и их положение в таблице пока еще не определ11лось.
Обратите внн11
1
ание, что элементы в этой таблице еще не
перенумерованы.
ВЕЛИКИЙ ЗАКОН
элементов - носителей радиоактивного излуче­
ния (см. ст. «Рождение, жизнь и смерть хими­
ческих элементов»).
Первым был открыт полоний, вслед за ним­
радий. Это были новые элементы, их наука еще
не знала. Радиоактивность этих элементов бы­
ла в тысячи раз сильнее, чем у урана. Чудесные
свойства резко отличали их от всех известных
ранее элементов.
Довольно быстро, как только были изучены
химические свойства новых элементов, они
нашли свои места в периодической системе.
Оказалось, что оба элемента - и полоний, и
радий - также когда-то были предсказаны Мен­
делеевым. Раднй - это был экабарий, он занял
88-ю клетку в периодической системе, полоний-
84-ю . Его Менделеев называл экателлуром. Зна­
чит, место для них было, и казалось, что все бла­
гополучно. Но когда были изучены подробно
свойства новых радиоактивных элементов,
обнаружились совершенно неожиданные для
науки явления.
Самым важным было то, что с открытием ра­
диоактивных элементов рухнули привычные и,
назалось, незыблемые представления о вечности
и неизменности наждого элемента. Новые эле­
менты были непостоянными, они рождались и ис­
чезали, превращаясь в другие элементы. Одни
из них исчезали в течение миллионных долей
секунды, другие жили тысячи лет. Их свойство
испускать невидимые лучи свидетельствовало
о распаде атомов.
Было найдено, что _радий - далекий пото­
мок урана. Сам радий превращается в радио­
а:ктивный газ радон. И при :каждом превращении
радиоа:ктивный атом обязательно испус:кает либо
зар
•
яженные ядра атомов гелия (а-частицы), либо
электроны (�·-частицы). BcRope физи:ки нашли
более тридцати радиоактивных элементов.
С:колько потомков действительно о:казалось
у урана, вы можете сами подсчитать на в:кладке
R статье «Роащение, жизнь и смерть химиче­
сю1х элементов>) между страницами 288-289.
Не меньше потомков было найдено и у эле­
мента тория, ноторый та:кже оказался радиоа:к­
тивным. И почти стольно же - в ряде а:ктиния.
Перед наукой снова встал трудный и прин­
ципиально важный вопрос: где и нак найти ме­
ста в периодпчесноii системе для всех этих новых
многочисленных элементов? Их было гораздо
больше, чем оставалось свободных нлетоR в таб­
лице. Эту задачу пришлось науне решать уже
без участия Менделеева. Он не дожил до по­
следнего, самого трудного испытания его вели­
ноii идеи.
317

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
Химики занялись определением.химиЧес:ких
свойств новых радиоактивных элементов. Это
была трудная задача. Ведь среди этих элементов
были та:кие, :которые «жили» ничтожные доли
секунды. Разгадка была найдена, :когда радио­
активные элементы были настолько изучены,
что стало возможным сопоставить природу лу­
чей, испускаемых элементом, с его химической
природой и с природой того нового элемента,
:который из него образуется при радиоактивном
превращении. Но разгадать все это удалось
опять-та:ки с помощью периодической системы
Менделеева.
Изучая свойства урана-Х1 - ближайшего·
потомка урана, его «сына>>, химики с:коро убе­
дились, что химическими свойствами он неот­
личим от давно известного тория. Но все же. это
не был знакомый химикам торий. Торий -
обычный элемент, его радиоактивность та:к сла­
ба, что ее трудно обнаружить. А уран-Х1 силь­
но радиоактивен, быстро распадается, через 24
дня от него остается только половина того :ко­
личества, :которое было раньше.
В общем это новый элемент. Но все же хими­
чески это торий. Если уран-Х1 смешать с тори­
ем, ни:ка:кими химическими реакциями их разде­
·лить невозможно.
Рис. 1.
'Уран превращается в уран-Х1, испуская
а-лучи (рис. 1). На :каждый распавшийся атом
урана из его ядра вылетает а-частица и уносит
два положительных заряда. 'Уран занимает
92-е место в таблице, в седьмом периоде. А где
должен б
·
ыть его первый потомок, уран-Х1?
Менделеев поместил торий в 90-ю клетку своей
системы. А уран-Х1 неотличим от тория. После
долгих и трудных поисков и колебаний при­
шлось признать, что место для урана-Х1 - в
клетке, где находится торий; а-частица уносит
из ядра атома два поJiожительных заряда, и
при этом образуется новый атом, занимающий
в периодической таблице место с номером, на
две единицы меньшим.
Проследим теперь, что Щ1Льше происходит с
ураном-Х1 при его распаде (рис. 2). Он испыты-
318
Рис. 2.
вает �--превращение, образуя новое радиоактив­
ное вещество, :которое было обозначено :ка:к
уран-Х2, еще быстрее исчезающее. Оказалось,
что по химическим свойствам уран-Х2 должен
быть помещен в 91-ю :клетку.
Но потеря одного отрицательного заряда
ядром атома равноценна приобретению одного
положительного заряда. В результате получи­
лось, что при увеличении положительноrо заря­
да ядра элемента на единицу образуется новый
элемент, занимающий в периодической системе
:клетку, номер :которой на единицу больше.
В свою очередь уран-Х2 снова теряет �--частицу
(рис. 3) и превращается в уран-11, :который со­
вершенно неотличим от своего «прадеда» -обыч­
ного урана - и должен быть помещен в одной
:клетке с ним, т. е . занять 92-е место в таблице.
И всегда увеличение в ядре положительного
заряда на единицу (потерн одного отрицатель­
ного электрона) приводит :к такому изменению
химических свойств, :которое соответствует
увеличению порядкового номера элемента ·на
единицу.
Этот закон, управляющий путешествием атом­
ного ядра по менделеевской таблице при рад ио­
активном распаде, полу чил в науке название
(<Правило сдвиrа)>.
Рис. 3.
Изучая радиоактивные элементы, химики
стол:кн�лись с новым, невозможным и немысли­
мым с точки зрения старой химии, фантом.
Посмотрите сами, что получилось. Атомный
вес урана-238. Каждый атом его на пути ра-

диоактивного превращения до урана-11 теряет
последовательно одну а-частицу (т. е. ядро
атома гелия, атомный вес которого 4) и две
�- -частицы (это легкие, с ничтожной массой
электроны). В результате заряд ядра атома
радиоактивного урана-11 оказывается таким
же, как у обычного урана. И своими хими­
ческими свойствами он от обычного урана не­
отличим.
Но атомный вес становится, конечно, совер­
шенно другим. Rаждая вылетающая а-частица
уменьшает атомный вес на четыре единицы, а
при �-превращениях он остается таким же.
Изменение атомного веса урана:
U-1 -а
-
�-� =U-11
238-4
-о-о=234
В одной и той же клетке, где, как считал Мен­
делеев, должен быть только один элемент со
своим, присущим только ему атомным весом,
теперь оказались два разных вещества, с раз­
ными физическими признаками и, самое глав·
ное, хотя и с разными атомными весами, но с
одинановыми химическими свойствами. Оказа­
лось, что один и тот же элемент может обла­
дать р азличным атомным весом
.
Но этого мало. Был получен еще более уди­
вительный результат: при �-распаде атомный
вес не меняется, а химическая природа элемен­
та меняется очень резко.
Уран-Х1 по химическим свойствам - это
торий, а уран-Х2 химически неотличим от
элемента протактиния (Ра); следовательно, у
разных элементов может быть одинаковый
атомный вес
.
Что же в конце концов получилось? Rак
основной признак элемента Менделеев принял
атомный вес. Но в ряде радиоактивного рас­
пада урана конечный продукт - радий-G, его
атомный вес 206. Этот элемент уже неактивен,
а химически неотличим от свинца.
При распаде тория, в конце концов, обра­
зуется тоже неактивный торий-D, его атомный
вес 208. По химическим свойствам это тоже
свинец.
Ряд распада актиния обрывается на неактив­
ном продукте - актинии-D, его атом:ный вес
207, а химически он опять-таки свинец.
Но мало этого, в этих рядах есть еще радио­
активные промежуточные продукты распада:
радий-В с атомным весом 21 4, радий-D с атом­
ным весом 21 0, торий-В, атомный вес которого
212, и акtиний-В с атомным весем 211.
ВЕЛИКИИ ЗАКОН
И все эти радиоактивные элементы, _все до
одного, абсолютно сходны со свинцом, и все
они' обладают разными атомными весами.
Но ведь в каждой клетке может быть только
один элемент с его собственным атомным весом!
В клетке 82 может быть свинец с атомным весом
207,18. Изучая радиоактивные элементы, уче­
ные нашли еще семь веществ с атомными весами
214, 212, 211, 210, 208, 207, 206 и химически­
ми свойствами свинца.
Наука оказалась в очень большом затруд­
нении. Rак же их разместить в периодической
таблице? Их неJiьзя считать разными элемен­
тами, все они - свинец, но считать одним эле­
ментом, одной разновидностью атомов тоже
нельзя- у них разные атомные веса.
В конце концов, стало ясно, что все они
должны занимать одно место в таблице Менделее­
ва. Именно поэтому их так и называют - «изо ­
топы» (от греческих слов: «равный» и «Место»).
Rроме того, оставалось необъяснимой зага­
дочная непоследовательность в ходе изменения
величины атомного веса у пар элементов аргон­
калий, кобальт - никель, теллур - йод. Сам
Менделеев был вынужден расположить их
в таблице,. нарушив порядок увеличения их
атомных весов: аргон был «тяжелее» калия, ко­
бальт - никеля, теллур - йода.
Это испытание для периодического закона
было очень тяжелым. Оно поставило под сомне­
ние основу периодической системы. Стало совер­
шенно ясно, что атомный вес не может служить
величиной, которая определяет химические
свойства элемента. И наука снова встала перед
большой задачей.
В ЧЕМ ОСНОВА ВЕЛИКОГО ЗАКОНА?
Периодический закон - великий закон при­
роды,- открытый Менделеевым, остается незыб­
лемым. Но атомный вес, принятый им в каче­
стве основной характеристики химического эле­
мента, не выдержал испытание.
Именно изучение радиоактивных элементов
дало возможность найти ответ на этот вопрос,
важный для познания окружающего нас мира.
Что же заменило атомный· вес? Что вместо не
.
го
определяет теперь положение каждого элемента
в нашей современной менделеевской таблице?
Проследите внимательно по периодической
системе элементов за путешествием распадаю­
щегося радиоактивного ядра (рис. 4 и табл. у
стр. 288). По пути атом от урана до свинца пв­
бывает в десяти клетках двух последних рядов
81.9

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
Рис. 4 . Нужно очень вю1матсльно проследить за «путешествием» потомков атома урана по пер11одической
табли це. При каждом :j-распаде у них меняется заряд, а при а-распаде изменяется и масса. Что ж е определяет
хим11чсск11с свойстоа по.1учающ егося яд ра? Теперь нс пользуются устаревшими назоан11лми U-1, U-X, и т. п.
П ринято наз ынать 11зотопы просто по н азпан11ю элемента с д обавлением его массоного ч11сла. Вместо U -1 го­
оорят U-238, вместо U-X,-Th-234. Составьте сами таблицу изотопоо, образующ11хся п ри распаде урана-238 .
табшщы Менделеева. Он испытает четырнад­
цать последовательных превращений, образуя
по дороге восемнадцать изотопов десяти раз­
лнчных элементов. Некоторые атомы на этом
путн даже распадаются сразу по двум на­
правJ1ениям.
При этом атом урана, превращаясь, в конце
концов, в атом свинца, теряет восемь а-частиц
и шесть �-- ч астиц. Этому соответствует потеря
деснти положительных зарядов:
8х(+2)+6х(-1)=10.
При этом с химическим элементом происхо­
дят такие глубо1ше изменения его химической
прнроды, ноторые соответствуют его перемеще­
нию из той нлетни таблицы, где находится место
урана, в ту, где должен быть свинец. Десяти
потерянным положительным зарядам соответ­
ствует перемещение на десять последователь­
ных нлеток в таблице Менделеева.
Таним образом, химия радиоантивных эле­
ментов поназала, что в основе периодичесного
заною\ должен лежать другой фундамент: не
атомный вес, а положительный зар:Яд атомного
ядра.
На помощь хи11шнам пришла физика.
Была предложена модель строения атома. Атом
320
оназался сложным: вонруг положительно заря­
женного тяжелого ядра вращаются отрицатель­
ные электроны; их ровно столыю, с1юлько по­
ложительных зарядов в ядре. Это 11 стало ре­
шающим для понимания основы периодичесн:ого
занона. Оказалось, что зарнд атомного ядра
любого элемента численно равен порндковому
номеру этого элемента в таблице Менделеева.
Прямое опытное ДОI<азатеJiьство этому нашел
молодой талантливый английс1шй физ1ш Моз­
ли, которыii в расцвете сил; погиб во время
первой мировой войны. Ему было всего лишь
около 24 лет, ногда он сдеJiал замечатеJ1ьнос от­
крытие. Изучая рентгеновс1ше спектры эJ1е­
мептов, Мозли нашел, что длина волны рент­
геновского излучения зависит от места, кото­
рое занимает этот элемент в таблице Менделее­
ва, от порядкового номера элемента. Измерив
ДJIHHY волны рентгеновс1щго излучения элемен­
та, оназалось возможным вычислить порядно­
вый номер элемента. И этот номер действитель­
но оназа.'IСЯ равным числу положительных за­
рядов в ядре атома эJюмента.
Сложными, трудными путями развивается
наука. Конечно, толwо знание, кан построен
атом, помогло физине понять огромное значение
порядl\ового номера элемента - основы перио-

ВЕЛ ИК ИИ ЗАКОН
днческого занона. Но никогда не удалось бы
узнать, нак построен атом, если бы у исследо­
вателей, ученых не было ярного путеводного
маяка - периодичесного закона. Без него
бы.10 бы невозможно проникнуть внутрь ато­
ма 11 овладеть его энергией. Без него стало бы
немыс.1имым величайшее проявление могущест­
ва человеческого гения - создание новых ис-
1'усственпых элементов.
оназалось не тан. Место в менделеевсной табли­
це, а следовательно, и всю химию элемента
определяет не его атомный вес, а атомный но­
мер - заряд его ядра.
· Значит ли это, что атомный вес оназался
науке больше ненужным и что теперь все его
значение ограничивается очень полезной, но
снромной ролью при расчетах состава вещества
в щюцес
с
е химического анализа?
Если бы Менделеев не от1>рыл периодический
закон, несомненно, этот закон все равно был бы
открыт. Но нто может сназать, на снолько лет
задержалось бы развитие нау1ш!
Нет. Для физини значение атомного веса не
только не уменьшилось, но, пожалуй, даже не­
измеримо возросло, особенно с точни зрения
практини. Масса атома в настоящее время стала
основной величиной для всех расчетов ядерной
энергетини и ядерной химии. Не зная точное
значение атомной массы, абсолютно невозможно
установить механизм ядерных реанций и рас­
считать ноличество энергии.
Естественная, как назвал ее Менделеев,
система элементов не только требовала объяс­
нить загадочную тайну периодичности, но она
те и руководила наукой в поисках разгадки.
новыii смыс.л и анА ЧЕНИЕ
АTOl\IHOl'O ВЕСА
Менделеев считал, что химичесние свойства
элементов зависят от их атомных весов. Это
Недоступный прямому восприятию, до сих
пор еще нинем не виденный атом ученые научи­
лись взвешивать с точностью в сотни и даже
в тысячи раз большей, чем мы можем изме­
рять любую другую величину в онружающем
нас мире.
Е,1
1,
ИI1ица шка"1ы ато м11ых весов
3апомн11те, •1то теперь
'lн [,С"]= 1.
При составлении самой первой
таблицы
периодического
закона
Д. И. Менделеев приним ал атомный
вес водорода равным един1ще и срав­
нивал с ним атомные веса всех дру­
гих элементов.
На Межд)·народном съезде химиков
в 1860 г. было решено принять водо­
род за основу шкалы атомных весов.
Почти полстолетия самый легкий эле­
мент водород занимал это почетное
место. Только в 1906 г. х11м11к11 11е­
решли к кислородной шка.1с, за осно­
ву шкалы атом11ых весов пр1111ят
был атом11ыii вес кислорода - его
'!" часть. Это, конечно, было гораздо
удобнее, так как киелород обрааует со­
единения почти со всеми элсментам11.
Когда было открыто, что n 11р11роде
существуют три различных изотопа
кислорода и что содержание их в при­
родном кислороде 11епостояино, фпз11-
ки установили для себя «ф11аичсск)'1О »
шкалу атом11ых 11ссо11. Они усло11и.�11сь
считать единицей для атомных �юсов
'!" веса атома наиболее распростра­
ненного легкого изотопа кислорода и
вес его считать равным точно шест­
надцати. Это устраняло ·погрсш1юсть,
происходищ)·ю
из-за непостоянства
изотопного состава кпслорода разно­
го происхождею1я.
о21д.э.т.з
Долгое время в науке было такое
«двоевластие» . При современной вы­
сокой точности измерений :�то стало
приводить к очень многим недор азу­
мениям и ошибкам. Кроме того, вы­
яснилось, что изотоп 0" не оправды­
вает возлагавшихся на него надежд
и не может обеспечить необходимую
точность. Он оказался неудобным
эталоном для атомных весов.
Совсем недавно, в период 1958-
1961 гг. , ученые еще 1t аз псрrсмотрели
:>тот llCKЛIOЧJITCJIЬHO нажный не толь­
ко для химии, но и для всего сстсство­
зна1111я ноr1рос: что должно быть по­
ложено в основу соврсме11ноli шкалы
точных атомных несои? После много­
численных тщательных исследоиан11й
11 подробных обсуждений бы.,о )·ста ­
новлено, что из всех з.лс мснто11 только
два могут претендовать на почетную
роль основной :константы х11м1111 и
фпзпкп - фтор и углерод.
у фтора то.чько один llЗО ТОП, lf
атомный вес э.чсмсита фтора - пос ­
тоянная вели•шна. Была пред.1ожсна
<(Фторна я��
1/19[.P'J=1.
шкала,
в
"ото рой
У )0г.1срода д11а изотопа, но зато
его соед 11нен11я с водородом очень удоб­
ны для ж•поср••дстиенного сравнен11я
масс
атомов
различных изотопов
почт11 всех ;1.1
1
емент"в.
Это-важное
преиму щество углерода. Многие уче­
ные настаивали на углеродной шкале"
в которой за основу принимали наи­
более распространенный изотоп С".
Поскольку обе эти новые шкалы
для атомных весов обладали каждая
своими важными и ценными преиму­
ществами, было решено провести все­
мирное голосование (опрос) ученых -
химиков и физиков: какую шкалу -
«Фторную » или «углеродную » - они
предпочитают?
В этом всемирном опросе приняли
участие и ученые нашей страны. По­
бедил углерод. Было решено за осно­
ву новой единой шкалы атомных масс
принять атом изотопа углсрод-12 и
считать •;" [,C12J=1.
32.1

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
Вот с иаиой точностью измеряются теперь
массы атомов:
н� - 1,007 825 22
02 - 2,014 102 19
Не4 -4, 002 603 61
No4-14,003 074 38
016 -15, 994 914 94
Чтобы почувствовать, зачем нужна таиая
огромная точность, попробуйте сами рас­
считать из этих значений, скольио энергии полу­
чается на Солнце при синтезе гелия из иилограм­
ма водорода. Стоит ли синтезировать его из
дейтерия? Сиолwо энергии получается в звез­
дах за счет «выгоранию> гелия, в результате
чего образуется углерод? Бе з точных значений
атомных масс науиа обойтись не может.
llEt• иoди'IECKИii ЗАКОН-ЗАКОН
ст1•0ЕНИН АТО1'1А
Тайна периодичесиой системы элементов бы­
ла разгадана, иогда удалось понять сложнейшую
структуру атома, строение его внешних элеитрон­
ных оболочек, заионы движения элеитронов
во1<руг положительно заряженного ядра, в иото­
ром сосредоточена почти вся масса атома.
Сотни и тысячи талантливых и самоотвер­
женных ученых трудились, выясняя струк­
туру атома. Они шли и ней разными путями и
с разных сторон. Теоретиии и эисперимента­
торы, физиии и химиии, отирывая новые фанты,
отысиивая новые заиономерности, всегда сопо­
ставляли свои результаты и выводы с системой
Менделеева.
Долгим и трудным путем шла науиа и раз­
гадие велииой тайны периодического закона. Он
воплотил в себе все необозримое многообразие
бесконечного множества химичесиих процессов
и превращений в окружающем нас мире. Он
внес ясность и порядои в химию, где до него цар­
ствовал хаос отрывочных и несвязанных сведе­
ний, фактов, наблюдений, накопленных многи­
ми поколениями химиков.
Почему элементы так послушно повинуются
закону Менделеева? Почему существует таин­
ственная правильная повторяемость свойств
у химических элементов? Почему натрий похож
на калий, а фтор сходен с хлором? Почему ю1с­
лород и сера присоединяют по два атома водо­
рода, а атомы углерода и иремния образуют
соединения, в иоторых по четыре водородных
атома? Почему химик, хорошо изучивший таб­
лицу Менделеева, заранее сиажет, иакие соеди-
322
пения могут возниинуть при взаимодействии
различных элементов?
Иакова таинственная причина этих по­
истине удивительных закономерностей, упра­
вляющих течением всех химических реа1щий
между всеми элементами, дающих бесчислен­
ное множество соединений, из которых со­
стоят все тела в Оl\ружающем нас мире, не
толwо на нашей Земле, но и далеко за
ее пределами, в безграничном космосе?
Много, очень много можно задать подобных
вопросов. Ответ на них один. Все химические
и физические свойства вещества определяются
строением атомов. Великий закон, отирытый
Менделеевым, потому и есть всеобщий закон
природы, что он выражает закон строения ато­
ма.
АТО1'1 CAl\I РАССКАЗАЛ
О CBOEll YCTPOiiCTBE
Атом... Само его имя - «неделимый)> отра ­
жает почтительную робость науии неда внего
прошлого перед его непостижимостью. До сих
пор его еще никто не видел. Никакие примеры
и сравнения не могут дать правильное представ­
ление о его размерах.
Rак же невообразимо сложно должен быть
построен атом. Ведь его строение определяет
бесионечное многообразие всего, что нас окру­
жает. А ведь вокруг нас неисчерпаемый, без­
граничный мир, замечательный и прекрасный,
полный света и красои.
И все, что мы видим на всем доступном
нам протяжении безграничности мироздания, ­
все это состоит из немногих, аккуратно раз­
ложенных Менделеевым по клеткам его таб­
лицы различных видов атомов.
Прониннуть в тайну того, ка�< построен атом,
помогло изучение спектров .
.
Оказалось, что
атом сам рассказывает о .себе на удивительном и
красочном языке, на языке спектральных ли­
ний испускаемого атомом света. Но ученые дол­
го не могли понять его загадочный шифр. И в
самом деле, попробуйте представить себя в по­
ложении человека, которому необходимо разга­
дать устройство механизма нииогда им не ви­
данного рояля, только слушая исполняемые на
нем музыкальные произведения. Перед физи­
иами же стояла задача нензмеримо труднее,
но они сумели с ней справиться. Правда, для
того чтобы понять шифр спеитральных линий,
им пришлось создать новую науиу - механику
миl\ромира, �<вантовую механину.

Атом действительно очень сложен. И до сих
пор не все еще в его строении разгадано и изу­
чено. Но основной закон строения атома ока­
зался удивительно простым.
В АТО1'1Е llE МОЖЕТ БЫТЬ ДВУХ
ОДИНАКОВЫХ �.JIEKTPOHOB
А разве электроны могут быть разными?
Быть может, электрон на Марсе отличается от
электрона на Сириусе? Или эле�\троны в атоме
железа не похожи на эле1\троны, вращающиеся
в атомах вод орода? Нет. Физики совершенно
точно знают, что все электроны, во всем миро­
здании, повсюду соверпнтно одинаковы.
Чем же тогда они различаются в атоме?
Почему от этого зависят химические свой­
ства элементов? Как периодический закон Мен­
делеева связан со строением атома?
Эти вопросы очень трудны. Хотя они еще не
все и не полностью решены нау1шй, но все же
о•:ень много тайн в строении атома уже разга­
д11но. Хотите узнать их? Тогда прочтите внима­
тельно, лучше с :карандашом в руках, чтобы
самому просчятать все оболочки и орбиты, сле­
дующую главу.
КАК ЖЕ ВСЕ-ТАКИ МОЖЕТ
ВЫГ.JIЯДЕТЬ ATOltl?
Конечно, попыт:ка «наглядно» изобразить
атом на бумаге совершенно без11адежна. Вся­
кий рисунок неподвижен, любое изображение
статично. Атом - это вечный вихрь движения.
Его нарисовать ны1ьзл. Но графическая схема
может все же помочь понять устройство атома,
осмыслить результаты опъ1та и теоретическо­
го расчета.
Г.J
J
ав 11ые кв а11товые ч11с"1а
и <).J
J
C1cчto1111Ь.1e обо�10•1к11 ато11а
OllJ)C�C.J
J
HIOT O)JICJH'HIO ;}�1ентро11ов
Атом сам на языке спектра рассказывает,
что элентроны, вращающиеся в нем вокруг ядра,
различаются между собой. Они расположены
на различных расстояниях от ядра, движутся
по орбитам разной формы, у них различная
скорость, а са.мое главное - различная энер­
гия.
Опыт и :квантово-механический расчет по­
:казывают, что в :каждом атоме может быть не-
21*
ВЕЛИКИЙ ЗАКОН
'
..
.
..
..
n:4
n:б
n.в
\
\
··{!
(К)
(L>
(t.\)
<N>
(0)
(Р>
(Q)
Рис. 5 . СJ(ема все]( возможны]( электронныJ( оболочек в атоме.
Диаметры HJ( определяются энерrней электрона и пропорц110-
нальны rлавному квантовому числу n,
с:колько групп электронов, различающихся меж­
ду собой по энергии, которые образуют вокруг
атомного ядра несколыю электронных оболоче:к.
На рисунке 5 они обозначены условно окруж­
ностями. Возле каждой из оболочен у1шзано
целое число: 1, 2, 3 до 7 - это ее главное кван­
товое число п. Физпни привыкли обозначать
главные квантовые числа бунвами из середины
алфавита по порядну: самая бл.изная к атомному
ядру К-оболочна, а затем идутL-, М-, N-, 0-, Р­
и Q-оболочки. От того, на какой из оболоче1>
находится электг,он, и. зависит его энергия.
Это очень важно. На ближайшей к ядру К-обо­
лочке оп обладает наименьшей энергиетт. Пра­
вильнее будет представлять себе электронные
обdлоч:ки в виде концентрических сфер и счи­
тать их изображением энергетических уровней
электронов в атоме.
Атом при переходе элентрона с одного из
внешних уровней на более глубокий излучает один
фотон - квант лучистой энергии. Таю1е пере­
ходы электронов в атомах происходят всегда.
Поэтому наши глаза и могут видеть.
llобо•111ые кв а11товые •1ис"1а
0111•eдe.J
J
JllOT TllП О))бНТЫ
К сожалению, эта простая картина атома не
соответствует действительности. Выяснилось,
что электроны, принадлежащие к одной и той
же оболочке, могут двигаться по орбитам раз-
323

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
4р
4d
ln-1)
(5)
(PJ
(d)
(f)
Рис. 6 . Схема всех типов электронных орбит только одной
N -оболочки атома. Читатель может легко сам начертить такую
схем)· для любой другой оболочки. Только нужно иметь в 11нду,
что отношение l полуосей в эллипсах дою1шо быть равно 1 + 1
n
наго типа. Недавно еще считали, что их можно
представить себе эллиптически!\lи. Теперь ду­
мают, что та1н1е попытки просто бесполезны и
ненужны. Важно общее число различных типов
электронных орб11т в каждой оболочне, и очень
важно, что все они разные. Физики даже говорят
о существовании электронных подоболочек
внутри каждой главной оболочки. Их число за­
висит от главного квантового числа п и равно
ему. Каждый тип орбит, образующих подоболоч­
:ку, характеризуется побочным квантовым чис­
лом l. Как и все нвантовые числа, оно тоже це­
лое число и может изменяться от О до п - 1.
На рисую\е 6 вы видите попыт1\у изобра­
знть в качестве примера типовые орбиты всех
подоболочек толыю одной N-оболоч1\и любого
aтol\la.
Физики любят традиции и предпочитают
сохранять старые бу:квенные обозначения для
электронных подоболочен: буквы s, р, d и f.
Это начальные бушзы названий серий спектраль­
ных линий: резная, главная, диффузная и фун­
даментальная. Они соответствуют побочным
квантовым числам: О, 1, 2, 3.
Одна1ю и этого мало. Схема атома значитель­
но сложнее. 1\аждая из эле:ктронных подобо­
лочек состоит из одина�ювых орбит, но чпсло
этнх орбит в них различно.
Ч 11с"10 орбит опреде"1яется магниТ11ы1111
ltBRllTODЬIMИ чисо1
1
ами
Из того, как ведут себя спе1пральные линии
при излучении атомов В· магнитных полях, было
324
установлено, что в любой из главных электрон­
ных оболочек принадлежит :к каждому типу
строго определенное число электронных орбит.
Оно зависит только от второго побочного кван­
тового чис.т�:а и определяется третьим целым
числом - «МЮ'НИтным» квантовым числом т,
у которого может быть 2l + 1 значе
·
ний:
ОТ-lДО+l.
Понять это не очень трудно: каждый элек­
трон, вращаясь на орбите во1\руг ядра, по су­
ществу, представляет собой один виток обмотки,
по которому идет электрический тоl\. Пр11 этом
возникает магнитное поле, поэтому каждую
орбиту в атоме можно рассматривать каl\ Пло­
ский магнитный листо1.;. При на.JJожении внеш­
него магнитного поля каждая электронная
орбита будет с эти�1 полем взаимодействовать и
будет стремиться занять в атоме определенное
положение (рис. 7). Энергия каждой из орбит
изменится, и в соответствии с этим изменится и
энергия фотонов.
Ноиэтоещеневсе.
Чис.:�о .-о1
1
ентро11ов 11а орбите завнс11т
от спинового ltDRllTODOГO чис.'lа
Поведение атомов в сильных неоднородных
магнитных полях показало, что .каждый элек­
трон в атоме ведет себя 1.;ак магнитик. А это
указывает на то, что элентрон вращается вокруг
своей собственной оси, словно планета на орби­
те. Это свойство электрона получило образное
название «спин» (английское слово «спию>, по­
русски - «прясть», «вращать»).
m=-f, ... -1,0,1."
t
f=2 m=j !-1
-2
Р11с. 7 . Орб11т только одного типа d в одной только электрон·
ной оболочке может быть 11ять. Сообраанте сами, в каких обо­
лочках воаможны такие орбиты. Правильнее представлять себе,
что все он 11 рааJшчно ориентированы в пространстве.

В отличие от вращения обычных тел в нашем
микромире, где возможны любые скорости вра­
щения, вращательное движение электрона
постоянно и неи зменно. Это его неотъемлемое
свойство. Вращение электрона совершенно не.:.
обычно: шr замедлить, ни ускорить, ни оста­
новить его нел ьзя. Оно одина�>ово для всех
электронов в мире.
Но хотя спин - общее свойство всех элек­
тронов, в нем причина различия между электро­
нами в атоме. Два электрона, вращая сь на одной
и той же орбите вокруг ядра, обладают одним
и тем же спином, и все же они могут разли­
чаться направлением собственного вращения.
При этом изменяется знак момента количества
движения п знак сппна (рис. 8).
Квантовый расчет приводит к двум возJ1ЮЖ ­
ным значениям сппновых квантовых чисел,
присущих электрону на орбите: s = +У:! и
s = - Yi, других значений быть не может.
Поэтому в атоме на каждой орбите могут
вращаться либо два, либо тол ько один элек­
трон. Больш е быть не может.
Не смешивайте, пожалуйста, буквенное обо­
значение второго
1шантового числа l = О с
четвертым квантов ым числом. И то и другое
обозначают одной и той же буквой - s . На­
верное, просто потому, что физикам давно уже
не хватает букв для их формул.
Эта теория, во многом прояснившая сложное
строение атома п связавшая в единое целое его
опти ческие и хпмпчес1,ие свой ства, основана на
представлениях, впервые предложенных замеча ­
тельным датс1шм физшюм Нпльсом Бором.
ТА К llA ЧТО ЖЕ ПОХОЖ ATOltl?
Графи ческое искусство бессил ьно изобра­
зить строение атома. Пожалуй, единственная
надежда остается на собственное воображение.
Пусть те из читателей, у кого оно достаточно раз­
вито, предварительно подсчитают и даже вычер­
тят орбиты всех типов для всех возможных элек­
тронных оболочек атома. А затем попытаются
представить себе для наглядности электроны
в виде ярко светящихся шариков, которые кру­
жатся каждый на своей орбите с невообразимо
огромной скоростью. Тогда для глаза .наждый
электрон должен был бы превратиться в свер­
кающую кривую своей эллиптической орбиты.
Но орбита его не может быть неподвижной: атом
и непод ви жность несовместимы. Сами электрон­
ные орбиты танже меняют свое взаимное поло­
жение, в своем движении они опис ывают слож-
S=- ;.;
ВЕЛИКИИ ЗАК ОН
S=-�
S=+ �
+1/
S= /2
1/
-/2
Р11с. 8 . Н а каждой отдельной орбите может быть либо только
два «спаренных » электронn , .:1
1
1бо один <<Неспаренный ». Су­
ществование в атоме неспар•·:�ного электрона 11меет очень бол ь­
шое значение д:1я химичс ею!(1 хар актеристики элемента. От
него зависит возможность образования молекул (например,
мо.1еку.1ы водорода) .
ные и причудливые объемные фигуры, сливаясь
в мерцающее фантастическое сияющее облюю -
в электронный вихрь.
В одних местах оно будет ярче: в них элен­
тронная плотность выш е. В других - оно буд ет
тусклым: вероятность пребывания в них эле/\­
тронов будет меньш е. Но никаких отдельных
электронов в этом электронном облаке различить
нельзя .
Современная физика так и представляет себе
атом в виде электронного облака со сложной
стру.нтурой. Это облако сплош ное и непрерыв­
ное .•Где, в .наких его точках в .наждый момент
находятся элентроны - определить нель зя ,
Не только потому, что мы еще не обладаем
средствами для такого наблюдения, но и пото­
му, что электроны внутри атома проявляют свою
двойственную природу - они ведут себя кан
волны.
Лучшпй друг и помощник фантазии и вообра­
жения - точная математика сумела рассчи­
тат ь для простейших атомов вероятность на­
хождения электронов в каждой точке об.'1 ак а .
Резул ьтат такого нвантово-механичесного рас­
чета атома натрия изображен на рисунке на
сдедующей странице. Если вообразит�, себе
атомное ядро с диаметром в один сантиметр,
увеличив его всего лпm ь в десять тысяч мил ­
лиардов раз, то диаметр эле1пронного оfiла1щ
будет около километра.
325

Вот так выг.1
1
яде.1
1
бы атом натрия, ее.пи прt>дставить себе, что его ядро уве.1
1
ичи.1
1
оеь бы до размера в 011ии сантиметр,
а э.пектроны ста.пи бы ярко светящимися шариками.
326

ЗАКОН СТРОЕНИЯ АТО1'1А
Удивительна простота основного закона,
к которому свелась первоначальная беснонечная
сложность его строения. Вся прихотливость
поведения электронов во внешней оболочке
атома, управляющая всеми его свойствами, мо­
жет быть выражена необычайно просто: в атоме
нет и не может быть двух одинаковых электро�
нов. Теперь смысл этого закона нам ясен. Все
электроны в атоме должны иметь разный «на­
бор» значений четырех квантовых чисел: п,
l, т, s. Зная же общее число электронов в дан­
ном атоме, ноторое равно его порядковому но­
меру в менделеевской таблице, мы можем сами
«строитЬl) атом, можем сами рассчитывать струк­
туру его внешней электронной оболочки -
определять, с1<олько в ней эле1<тронов и какие
они в ней. Этот закон известен в науке, по име­
ни швейцарс кого физи1<а-теоретика, как прин­
цип Паули.
ФОРМ)'.JIA АТОМА
Структуру внешней оболочки атома принято
выражать своеобразной формулой. На основа­
нии только одних теоретических нвантовых
расчетов мы можем написать ее для любого
легкого атома, вплоть до аргона. Для осталь­
ных атомов по1<а еще не хватает теории, и при­
ходится привлекать на помощь опытные данные.
Формулу атома, по странной традиции, при­
нято писать в несколь1<0 необычной форме. Но
к ней нетрудно привыкнуть. Главное :Квантовое
число физики ус:71овились записывать соответ­
ствующей цифрой, а побочное -: буквой; чис­
.'Iо же элентронов - помечать сверху справа.
В атоме водорода только один элентрон, поэтому
у его формулы простой вид: R. У гелия два
электрона. Согласно правил�нвантования,
в одной и той же оболочке не может быть больше
двух s-эле1<тронов. Позтому формулой гелия
завершается первый период. Третий электрон
может занять тольно следующий уровень с глав­
ным нвантовым числом п = 2, в нотором танже
есть s- элентроны. Следоватеш.но, формула элен­
тронной оболочки для атома лития будет
ВЕЛИКИП ЗАКОН
а для бериллия j 1s22s2 j .
Все s-злектроны исчерпаны, поэтому пя­
тый элемент - бор должен иметь формулу:
1s22s22p j.
Тому из читателей, который хочет в бу­
дущем стать хорошим химином, равно и тем,
кто собирается посвятить себя атомной физи­
ке, или ному по душе свет и его таинственные
спентры, очень советуем еще раз перечитать
предьщущие разделы о нвантовых законах стро­
ения электронных оболочек атома и самим
составить формулы для всех атомов трех пер­
вых периодов.
Для проверки приводим строение электрон­
ной оболочни натрия, у 1\Оторого еГо одиннад­
цать электронов распределены в соответствии
с формулой 1 1s22s22p63s /. Думаем, что и
у вас получился такой же результат.
ПРИЧИНА llЕРИОДИЧНОСТИ
в cвoliCTBAX ХИМИЧЕСКИХ
�.JIEl\IEHTO В
Наверное, у многих из читателей этой статьи
при знаномстве с разделом, посвященным строе­
нию электронной оболочни атома, уже вознинло
совершенно занонное недоумение. Ведь все,
что было рассназано о занонах нвантовых чи­
сел, управляющих постройной атомов, все это­
результат приложения нвантовой механиl\и к
изучению
спентров различных элементов.
В �том разделе не говорилось ни о химичес1шх
свойствах, ни о законе перио;цичности. Тю< на­
ное же отношение имеют зти удивительные соче­
тания простых чисел, объяснившие сложность
и запутанность спектральных линий, к химии,
R в елиному периодическому занону?
В природе существует глубоная внутрен­
няя связь даже самых несходных и дале1<их
явлений и процессов. Свет и химия не лежат
в ней на разных полнах. Оба эти глубоко раз­
личные начала тесно связаны. Исследования
спектров помогли выяснить строение атома, а
знание струнтуры злектронной внешней оболоч­
ки помогло п,онять причину периодичности в
изменении свойств химических элементов. Эта
причина заложена в периодичности строения
электронных оболочен атомов. От этого и зави­
сят все химические свойства элементов.
321

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
В самом деле, R чему привели нас Rвантовые
числа элеRтронов, управляющие их поведением
в атоме? Ведь они получены на основании тео­
рии, созданной для объяснения спеRтров , со­
вершенно независимо от исследования химиче­
сRих свойств элементов.
1.ДоRазано, что электронная внешняя обо­
лочка атомов имеет периодическое строение. По
мере увеличения заряда атомных ядер электро­
ны начинают периодически заполнять новые
слои электронной оболочки - размещаются на
новых энергетических уровнях.
2. Доказано, что при этом в атоме должны
повторяться одинаковые по строению и по числу
электронов подгруппы в каждой последующей
оболочке.
3. Сходство элементов определяется одина­
ковым строением наружного слоя электрощюй
оболочки в их атомах.
Литий11s22s1
.
потому и стоит в одной
группе менделеевской таблицы вместе с натрием
\ 1s2 2s2 2р6 Зs I• что у обоих на внешней
орбите по одному s- электрону.
Пожалуйста, не сочтите, что на этом теория
строения атома завершена и теперь все совер­
шенно ясно: стоит толыю без ошибки рассчи­
тать по всем правилам квантl)вой механини и
написать формулу атома - и сразу перед опыт­
ным и знающим химиком раскроются все необо­
зримые тайны химических свойств любого
элемента. Это не так. Никакая теория не может
до конца охватить неисчерпаемое многообразие
действительности. :Как бы глубоко мы ни про­
никли в атомный микромир, все равно будем
стоять только на пороге неведомого.
Теория строения атомных оболочек дала
химии очень много. Мы теперь точно знаем,
какие электроны могут быть в атоме, точно зна­
ем, сколько их может быть в каждой из его обо­
лочек. Но мы еще не знаем точно, в каком по­
рядке они должны заполнять орбиты по мере
роста порядкового номера элемента.
В первых трех периодах заполнение идет
просто в порядке последовательности. Почему
это так, мы тоже не знаем. А дальше, чтобы
определить строение атома, приходится привле­
кать на помощь опытные данные, полученные
при изучении тонкой структуры спектральных
линий и химического поведения элемента.
Теоретический расчет, выраженный в не­
сложных правилах комбинаторики простых чи-
828
сел, очень многое сделал ясным в периоди­
чесRом законе, но далеко еще не все.
Нельзя не поражаться гению Менделеева.
Он сумел уловить великое единство в необъят­
ном хаосе, в беспорядке накоп ленных до него
химиками разрозненных фактов и сведе ний. Он
сумел установить естественный закон химиче­
ских элементов в то время, когда еще почти
ничего не было известно о строенип вещества.
Менделеевская таблица на долгие годы опреде­
лила все развитие науки о ве ществе. Но и те­
перь, почти через 100 лет после открытия
периодического закона, пока еще даже кван­
товая теория не может в ней объяснить все
полностью.
СТРОЕНИЕ АТОМА
И СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА
Все свойства вещества, Rонечно, полностью
определяются строением атомов. Радиоактив­
ность, способность к ядерным превращениям
зависят от природы и строения атомного ядра.
Оптические свойства элемента, его атомные
спектры определяются строением электронной
оболочки атома, совоRупностью всех его элек­
тронов.
Химическое поведение элемента зависит от
его наружных электронов. Особенно важную
роль в химии каждого элемента играют его
самые внешние элеRтроны. Чаще всего это s- и
р-электроны, иногда d-электроны.
СТРОЕНИЕ ATOJ\IA 11 Xlll\1
11
.Я
В атоме первого элемента таблицы Менде­
леева - водорода только один s-электрон. Не­
многие вещества обладают такой химической
активностью, как атомарный водород. Именно
благодаря примеси свободных атомов водород
в момент выделения из связывающих его сое­
динений (in statu nascendi, как говорили еще
древние алхимики) обладает удивительной спо­
собностью к самым разнообразным химическим
превращениям.
Сосед водорода по табл
.
ице - гелий. В его
атоме на одной орбите два s-эле.ктрона. Обра­
тите внимание на то, что оба эти электрона,
образующие гелиевую орбиту, - спаренные.
Они вращаются в разные стороны, каждый
во.круг своей оси. Два таких электрона и при­
дают несокрушимую прочность атому гелия.

Два атома водорода соединяются в одну моле­
Rулу, и при этом в очень прочную молеRулу.
За счет пары электронов эти атомы образуют
гелиеподобную, общую для обоих атомов, ор­
биту (рис. 9).
Гелий, как и другие благородные газы, в ато­
мах которых все электроны спаренные, почти не
способен образовывать молекулы. В свободном
газообразном состоянии он существует в ви­
де отдельных атомов.
'О' +
��'н
'о--.
..
-t
,_ �'н
О··О·· ·· ОН,
Рве. 9. Наве11жу - схема образован11я молекулы водорода
ва двух водородных атомов. В"'"'У - схема образования
молекулы газа метана 11з атома углерода и четырех атомов
водорода.
·
Запомните эту очень важную и удивитель­
ную способность двух s-электронов образовы­
вать общую очень прочную орбиту. Это может
происходить, даже если оба электрона принад­
лежат двум разным атомам. Такое свойство
электронов имеет особенно большое значение
для химии. Именно благодаря этому и могут·
возникать очень прочные связи между ато­
мами, могут образовываться и существовать
молекулы.
Химики такую химическую связь называют
гомеополярной.
Насколько важны для химии внешние элек­
троны атома, можно судить хотя бы по тому, что
именно их число и определяет валентность эле­
мента.
У лития, натрия, калия - одновалентных
элементов - на внешней орбите атомов по од­
ному s-электрону. Бериллий, магний, кальций
потому и двухвалентны, что на их . внешних
орбитах по два s-электрона.
Элементы неон, аргон, криптон, ксенон об­
ладают одинаково построенными наружными
электронными оболоч1\ами нз восьми электро­
нов s2p6• Эти оболочки очень прочны. Атомы
благородных газов, стоящих в нулевой группе
периодической таблицы, держат свои электроны
очень кр�пко.
ВЕЛИКИИ ЗАКОН
Если атомы металлов калия, .кальция, алю­
миния и других элементов, стоящих в первых
группах таблицы, потеряют свои слабо свя­
занные наружные эле.ктроны, то их электрон�
ные оболочки станут такими же, как оболочки
атомов ближайших благородных газов, стоя­
щих перед ними в таблице.
У элементов, например, седьмой группы во
внешней эле.ктронной оболочке по семь электро­
нов. Если такой атом захватит еще один элек­
трон, то его наружная эле.ктронная оболочка
станет такой же, .ка.к у ближайшего сJ1едующе­
го за ним в таблице элемента нулевой группы.
При химичес.ких реакциях происходит пере­
распределение наружных эле.ктронов: электрон­
ные оболочки стремятся стать такими же, как у
ближайших благородных газов. Тот из ато­
мов, .который отдает электрон, становится за­
ряженным положительно, атом же, захвативший
электрон, будет заряжен отрицательно. Разно­
именно заряженные атомы начнут благодаря
силам
электростатического взаимодействия
притягиваться друг к другу. Так возникает еще
один тип химической связи. Химики ее назы­
вают гетерополярной.
Таким образом, силы, связывающие атомы
в молекулы, возникают в результате взаимодей­
ствия положительных ядер и отрицательных
эле.ктронных оболочек атомов. Это взаимодей­
ствие всегда стремится
так
перестроить
внешнюю электронную оболочку, чтобы она
стала н
·
аиболее прочной, наиболее устойчивой,
такой же, как у ближайшего элемента нулевой
группы.
Рассмотрите внимательно простую химиче­
скую реакцию, записанную в не совсем обычной
для школьного учебника форме:
[ 1s22s22p63s]+[ 1s22s22p5]=[ 1s22s22p6]+. [ 1s22s22p6] -
Na
+
F
NaF
и сравните результат с формулой электронной
оболочки благородного газа неона [ 1s22s22p6].
ПОЧЕ11У ВОДОРОД СТОИТ
ОДНОВРЕМЕННО В ДВУХ КЛЕТКАХ
ТАБЛИЦЫ }IЕНДЕЛЕЕВА?
Свойства водорода таковы, что ему трудно
подобрать одно, вполне определенное место.
Чаще всего его помещают в первую группу,
зачисляют в родственники к щелочным металлам.
Как и у них, у водорода один электрон на внеш­
ней оболоч.ке, и он может проявлять положитель­
ную валентность, равную единице. И наконец,
829

КАК И И3 ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
он способен вытеснять некоторые металлы из их
солей. Но этим и ограничиваются свойства,
родственные прочим элементам первой группы.
Водород - неметалл, газ, а все остальные -
типичные металличесние элементы.
Зато у водорода много общего с галогенами­
элементами седьмой группы. 1\ак и у галогенов,
молекула водорода состоит из двух атомов.
И галогены и водород - типичные неметаллы.
Подобно галогенам, водород может проявлять
отрицатеJ1ьную валентность, вступая в соеди­
нения с металлами и образуя своеобразные ве­
щества - металлические гидриды. Но и этого
сходства слишком мало, чтобы считать водород
кровным братом галогенов.
Поэтому ученые и считают, что водород объ­
единяет в себе черты элементов и первой и седь­
мой групп. Такая «Двуликосты водорода объ­
ясняется строением его атома. Любой элемент,
отдавая ваJ1ентные электроны, сохраняет в не­
прикосновенности одну или несколько предыду­
щих оболочек. Водород, расставаясь с един­
ственным валентным зле:ктроном, предстает
перед нами в виде «голого» атомного ядра -
протона. Поэтому химия водорода- это до ка­
кой-то степени единственная в своем роде химия
элементарной частицы.
САМАЯ УДИВИТЕ.JIЬНАЯ ГРУППА
ТАБ.JIИЦЫ MEHДE.JIEEBA
Назовем ее сразу: зто восьмая группа пери­
одичес1юй системы. Входящие в нее элементы
группируются по три в каждом большом перио­
де таблицы. Эти группировки называются триа­
дами.
Элементы триад очень сходны между собой.
Даже названия некоторых из них объясняются
именно таким сходством. В средние вена рудо­
копы находили иногда загадочные руды, по­
хожие на железные, из 1\оторых никак не удава­
лось выплавить железо. Озадаченные рудокопы
наивно думали, что над ними зло шутят горные
духи - нарлики кобольды и старый черт Нюс
Отсюда и имена двух элементов первой триады:
кобальт и никель.
Элементы двух других триад еще более по­
хожи друг на друга; их даже объединяют общим
названием: платиновые металлы. И все они
встречаются в природе почти исключительно в
самородном металлическом состоянии.
Восьмая группа не делится на главную и по­
бочную, как другие группы таблицы Менделе­
.
ева. 1\азалось бы, максимальная валентность
330
элементов в триадах должна равнять�я восьми.
Но таких «высот» достигают лишь рутений и ос­
мий: им удается образовывать окислы Ru04
и Os04•
Получается, что номер группы носит чисто
формальный характер. И некоторые химики не
без основания указывали на это как на слабое
место периодической системы.
На цветной вкладке у стр. 336 изображены
схемы электронных оболочек железа, кобальта
и никеля. У них происходит достройка предыду­
щей электронной оболочки (М-оболочки) d-элек­
тронами. И эта оболочка уже близка к завер­
шению. Точно такую же картину мы видим и
в атомах платиновых металлов.
А раз предыдущая оболочка вот-вот должна
заполниться до нужной емкости, то атому из
восьмой группы становится невыгодным отдавать
с нее много электронов. Поэтому вос
·
ьмивалент­
ное состояние большая редкость среди элементов
триад.
Платиновые металлы вообще неохотно позво­
ляют вмешиваться в свою структуру даже самым
яростным химическим агрессорам, и их трудно
вовлечь в соединения. Потому-то их вместе с
золотом называют благородными металлами.
БЛАГОРОДНЫЕ гАаы
МОГУТ ВСТJ'ПАТЬ
В ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Ни из периодического закона, ни из теории
строения атома не следует, что элементы нуле­
вой группы - благородные газы, эти хими­
ческие «ленивцы», - вообще не способны всту­
пать в реакции химического взаимодействия
с другими элементами. Теория только указы­
вает на исключительную прочность внешних
электронных оболочек у этих «безразличных
ко всему на свете» элементов: гелия, неона,
аргона, криптона, ксенона и радона. Из теории
вытекает лишь их высокая химическая инерт­
ность.
Это полностью соответствует их свойствам.
В обычных условиях они ни с чем не соединя­
ются. В природе они находятся в свободном
состоянии. Они даже не способны образовать
свою собственную молекулу. Все это одноатом­
ные газы. Их нормальное состояние - нуле­
вая валентность.
Rогда в 1900 г. Д. И . Менделеев и У. Рам­
зай встретились в Лондоне, оба ученых п ри­
шли к убеждению, что к периодической систе­
ме нужно для этих бездеятельных элементов

добавить еще одну, «нулевую» группу. Такое
положение в менделеевской таблице для этих
элементов до сих пор общепринято. Оно хоро­
шо характеризует их свойства.
Однако химики никогда не теряли надеж­
ду преодолеть химическую «лень» благородных
газов и заставить их вст упать в химические пре­
вращения. Это оказалось чрезвычайно труд­
ной задачей. Решение ее потребовало более
60 лет напряженной самоотверженной работы.
Попытки получить химические соединения
инертных газов были предприняты сразу после
открытия аргона. Уже в 1896 г., всего через
два года после открытия аргона, было полу­
чено при очень высоком давлении первое со­
единение аргона с водой: Ar·H20. Но чтобы
получить такие же соединения для криптона
и ксенона, химикам пришлось работать еще поч­
ти 30 лет (до 1925 г.). Всего более 40 лет затра­
тили химики на неудачные попытки заставить
благородные газы вступить в реа�щию еще
с каким-либо веществом, помимо воды.
Первые успешные результаты в преодолении
их бездеятельности получил советский химик
Б. Никитин. Ему удалось заставить благород­
ные газы вступать в реакцию с некоторыми
органическими соединениями. И все же полу­
ченные им соединения нельзя было считать
истинно химическим. Как было показано позд­
нее, это были соединения без химической связи.
В них атом инертного газа находился внутри
органической молекулы, как в клетке, и не
мог ее покинуть. Такие соединения называют­
ся теперь клатратными соединениями.
Непрерывные неудачи создали общеприня­
тое мнение о том, что благородные газы вообще
не способны участвовать в химических реак­
циях. И даже школьники .во всем мире так
это и учили по своим учебникам. Но упорная
борьба продолжалась. Развивая теорию хими­
ческой связи, ученые-теоретики смогли с уве­
ренностью предсказать возможность вз
.
аимо­
дей:ствия некотор ых инерт ных газов с фтором.
И, наконец, совсем недавно, в 1962 г., был
достигнут замечательный: успех. Канадскому
химику Бартлетту удалось получить первое
настоящее соединение ксенона с платиной и
фтором XePtF6• Вскоре были получены соеди­
нения XeF6, XeF4 и XeF2• Это - твердые
кристаллические устойчивые вещества белого
цвета. Были получены и соединения криптона
и фтора, но они стойки только при темпера­
туре жидкого азота. Наконец, удалось полу­
чить соединение ксенона с кислородом. Оно
оказалось сильно взрывчатым.
ВЕJIИКИИ ЗАКОН
Теперь можно считать, что химики прео­
долели химическую инертность элементов ну­
левой группы таблицы Менделеева и положили
начало новому интересному разделу химии.
СКОЛЬКО J»ЕДКОЗЕ11ЕЛЬНЫХ
a.)IEMEHTOB в одноlt КЛЕТКЕ
ТАБЛИЦЫ l\IЕНДЕЛЕЕВА?
В этом простом и, казалось бы, ясном вопро­
се отражается почти вековая история ошибок и
заблуждений. Для самого Менделеева такой во­
прос был просто неуместен: одну клет1<у
в таблице может занимать только один
элемент.
Много известных хими1<ов, среди них и сам
Менделеев, долго бились над размещением ред­
коземельных элементов в периодической систе­
ме: пытались поместить, например, церий в чет­
вертой группе, празеодим в пятой, для неод11ма
искали место в шестой.
Но эти необыкновенные элементы бесцеремон­
но нару шали самую основу периодичес1<ого за­
кона. При любых попыт1<ах разместить их в таб­
лице периодич-еская повторяемость свойств не
соблюдалась. В главных и побочных подгруппнх
должны быть сходные элементы. Церий же не
имел ничего общего с цирконием, празеодим с
ниобием, а неодим совершенно не был похож на
молибден.
Зато, по мере того как изучались их хими­
ческие свойства, становилось все более ясным,
что эти элементы сходны друг с Другом, I\HK
братья-близнецы. Они настолько химически
подобны, что химику их и различить и разде­
лить чрезвычайно трудно. Но все они, бесспор­
но, разные элементы. В этом хими1<и не сомне­
вались.
Друг Менделеева, чешский: хими1\ Браунер,
предложил самое простое решение: поместить
их все в одну клетку таблицы. Менделееву
пришлось с этим согласиться. Но, по существу,
это толь1<0 увеличило принципиальную труд­
ность проблемы, не разрешив ее.
Если одно место могут занимать несколько
различных элементов, то, во-первых, нарушает­
ся основной: принцип периодической системы и,
во-вторых, становится совершенно невозможным
предвидеть и предсl\азать, сколько же их можно
найти в природе, сколько их вообще может су­
ществовать. Химики же всего мира разыскива­
ли их очень усердно и более чем успешно. За
короткий период, примерно за 30 лет, было «от­
крыто)) почти сто (!) редкоземельных элементов.
881

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
L1
Рис. 10. Будущему хнмнку рекомендуем внимательно научить
вту упрощенную схему довольно сложного атома. Это атом
:аантана. На первый взгляд у него очень сложная формула,
во это только так кажется. Обратите вниман11е: на всех энер­
гетических уровнях обязательно по 2 s -электрона, по 6 1•-злек­
тронов. В оболочках М н N, кроме этих э.�ектронов, есть еще
110 10 d-элсктронов. Заметьте, что подуровень, где доджны
быть /-электроны, пустой, на нем н11 одного электрона нет.
Затем у лантана только один 5 а -электрон и, на1юнец, есть
еще два 6 s-электрона. Возможный подуровень 4/ тоже пус­
той. Всего у лантана, как это и должно быть, 57 электро­
нов. Он занимает клетку 57. Это первый э.1смент нз семей­
ства редких земель. У последующих элементов, по мt>ре )'ве­
.внчеюtя заряда атомного ядра, электроны будут постепенно
ваполнять свободный, глубоко скрытый уровень 4/, на кото­
ром может поместиться 14 электронов.Пустой подуровень
5/ начнет заполняться только у трансурановых элементов.
Пока l!Ще неизвестно точно, как построен последний, седь­
мой, период менделеевской таблицы. Поэтому хнмнкн всего
1111ра с нетерпением ждут результаты иэ�·чения недавно от-
крытого советскнм11 учеными элемента 104.
Все попытки найти разумное решение проблемы
редких земель были безуспешными. Она каза­
лась неразрешимой.
Только нвантовая теория строения атома
помогла решить окончательно эту большую за­
гадку химии. Детальное :изучение спектраль­
ных характеристик у ред«оземельных элементов
показало, что строение их атомов очень своеоб­
разно. Все они «внешне» совершенно сходны
меЖду собой. Их наружные электронные обо­
лочни, у всех без иснлючения, построены совер­
шенно одина�юво (рис. 10 ).
У всех у них в самой наружной Р-оболочне
по два s-элентрона, поэтому все они - металлы.
Глубже расположенный d-подуровень, принад­
лежащий и 0-оболочне, в атомах редl\оземельных
адементов еще не заполнен - в нем всего лишь
882
один электрон, который тоже может принимать
участие в химичесних превращениях. Поэтому
редкоземельные
элементы преимущественно
трехвалентны. Но это разные элементы, заря­
ды их атомов различны, и потому у нпх должно
быть различным и число элентронов. Определе­
ние порядкового номера установило, с1юльно
же всего этих эдементов, а изучение спеl\тров
помогло выяснить их строение. 01\азалось, •по
они отличаются друг от друга числом /-э:1ентро­
нов на оставшеuся незаполненной, глубоl\о
Сl\рытой в недрах атома N-оболочне. Эти элен­
троны защищены снаружи «броней» устойчивой
оболочки 5s25p6, той самой, ноторая обеспечи­
вает благородному газу нсенону (элемент 54)
его свойства. Эти элеl\троны почти совершенно
блонированы и не могут проявлять себя в хи­
мичесних свойствах.
Правда, не все ученые с этим согласны. Мно­
гие считают, что строение редноземельных эле­
ментов значительно сложнее: 5d-э.11ентрон,
утверждают они, есть только у лантана, гадоли­
ния и лютеция, у остальных лантаноидов на
4f-уровне на один элентрон больше. Изучение
лантаноидов еще не завершено до нонца.
Зная теперь заноны построения внешних
электронных оболочен атома, любой из вас,
будущих химинов, сможет сам решить пробле­
му, над которой химини прошлого бились более
160 лет, считая с открытия первой «редной зем­
лю>,- снолыю редноземельных элементов су­
ществует в природе.
Очевидно, ровно столько, снольно их соот­
ветствует постепенному заполнению всех орбит
с этими электронами. Обозначение f заменяет
квантовое число l = 3. Мы уже знаем, что таких
орбитможетбыть2х3+1=7.Ананаждой
может быть не больше двух элентронов. Следо­
вательно, таю1х элементов в природе может быть
четырнадцать. Всего же в природе должно су­
ществовать ровно пятнадцать элементов-близ­
нецов, считая п лантан, своiiствюш близ1шй
к дантанопдам. Стольно их в действительности
и оназалось: начиная с 57-го - лантана до
71-го - лютеция. Правда, в природе все-таки
оRазался пробел: 61-го элемента найтн пона не
удадось. Пришлось ученым самим его изгото­
вить. Его назвали прометием.
Итак, можно ли сназать, что в одной клет­
ке периодической таблицы размещаются пят­
надцать элементов? Этот вопрос обсуждается
часто и в наши дни. Периодический закон Мен­
делеева - это всеобщий занон природы. В есте­
ственной системе эдементов наждый элемент
занимает одно место, и, следовательно, в табли-

ВЕЛИКИR ЗАКОН
Дружное семейство пятнадцати ;щеме11т1ш-б.111з1н•11оп. Внешне ш11t дР)'Г от друга почти ничем нс отл11•1аются.
це 1\аждый элемент - одну 1шет1\у. Менделеев
придаJ1 своей таблице самую простую 11 удоб­
ную форму. Изобра;нать а;е ее можно по-раз­
ному. Можно просто помннть, что одна 1\лет1.а
между барием и гафнием ус.ТJовно заменяет сразу
15 �>:1ето1с Но 111ожпо менделеевскую таблицу на­
чертить та�-, чтобы все длннные периоды ока­
за.1ись развернутыми. Пер11одичесю1й за1юн от
этого не изменптся и не пострадает.
K ..\lt l.tЫ.Jill IJJ•EДCKA;IAllЫ
cвoiiCTIJ1\ �ЛE:tlEHTA .м 72
Если теория объясняет - делает ясным то,
что долго было непонятным и загадочным, это,
1,;онечно, ее несомненное достоинство. Впрочем,
пожалуй, иначе ее и нель:�я было бы назвать тео­
рией. Но г.ТJаnное, на чем испытывается 11ст11н-
ность
теоретичес1шх
предстаnленнii, - это
снособность теории предвидеть, предсю1зыnать
неизвестное.
Ве.1111чай11л1м 11стор11чесю1м прнмером этого
должна быть, нонечно, признана сама теория о
существова.нии периодичности cвoiicтn хими­
ческих элементов. В ней, 1\а1\ в зародыше, были
заложены все вел1шие открытия на.ую1 о веще­
стве и его строен1111, достигнутые человечеством
за последующее столетие.
Одним из больших дост11жен11й фи:шки мо­
жет быть названа и теория строения атома 11 е1·0
эле1•тронных оболочек. Созданная па основе
менделеевской таблицы, эта теория сделала
ясным очень многое из загадочного 11 непонят­
ного в свойствах вещества. Но этого мало. Ис­
тинность наших теоретичесю1х представлений
о строении атома наиболее полно рас1•рывается
в том, что на их основе ученым удалось предска-
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ
1
Даже в наше время ежегодно во всем мире пуб.1икуетеп не менее десят­
ка вариа нтов пер11од11ческой системы. Многие 11з них 11:1
1
еют не11р11выч­
ную для нас форму. Вот, например, в 11аком виде пред('тает nер110-
д11•1еская с11стема, пр11ведеи11ая в одном амсрика11ском журна.11•.
Вее
дл11нные 11ер11оды в ней развернуты. Люте1щй 11склю•1N1 ,.,. е" мгйстоа
лантаноидов и помt•rцt-н вместо лантана о третью rp�'1111y как 11еr1ос1н·д ­
стоенныil: аналог скандия и иттрия. Но, нс пранда .1111, табл1
-
11�а 11отс-
ря.1а свою на глндность н удобство?
АКТИНОИДЫ
АсThРаUNpPuAmCmBkCfEsFmMd-Lw
8990919293949596979899100101102103
333

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
зать многое, чего наука еще не знала. В качестве
примера можно указать на очень интересную
историю элемента .М 72.
Его существование было предсказано Менде­
леевым еще в 1869 г. Но до 1922 г., несмотря на
многочисленные поиски, отыскать его в природе
химики не могли. l\ак это ни странно, оказа­
лось, что поискам мешали соседи по таблице
Менделеева - редкоземельные элементы. До
создания теории строения атома никто не знал,
на каком из элементов должна заканчиваться
группа редких земель. Многие химики, считая,
что к ним должен относиться и элемент J\io 72,
безуспешно пытались его искать в природе
там, где его быть не может.
После того как теория строения атома пока­
зала, что группа редкоземельных элеменrов
должна заканчиваться на элементе .No 71 - на
лютеции, стало очевидным, что 72-й элемент не
может относиться к лантаноидам и должен быть
похожим на цирконий. Это конкретное предска­
зание свойств еще не найденного элемента вы­
текало из .квантовой теории строения атома.
Оно и помогло отыс.кать в природе неуловимый
до того элемент .No 72. В 1922 г. он был обна­
ружен в циркониевых рудах и назван гафнием.
ПOCJIEДHHii llEI•иoд тАБJIИЦЫ
MEHДEJIEEBA
Пожалуй, больше всего загадо.к в современ"
ной менделеевской таблице приходится на ее
. по следний, седьмой, период. Этот период осо·
бый. Его начала �оздавать природа, а завер­
шать пришлось челове.ку. Все элементы седьмого
периода радиоа.ктивны. Стабильных в нем нет.
Интересно, что во времена Менделеева вообще
химlшам не было известно ни одного элемента,
подходящего своими свойствами для седьмого
периода. Этот период был целиком предс.казан
Менделеевым. Он начинается с экацезия (No 87),
затем идут экабарий (.No 88) и экалантан
(.No 89), для тория и урана Менделеев предс.казал
правильные атомные веса. Между ними он оста­
вил место для экатантала (.No 91). Уверенность
великого ученого в истинности открытого им
закона была тан велика, что он даже предусмот­
рел в таблице пять мест для элементов тяжелее
урана. Эти места теперь занимают трансураны­
искусственно созданные челове.ком элементы. Но
теперь их известно уже 12. Последний - 104-й.
На.к же построен седьмой период? На этот
очень важный для химии вопрос теория пока
еще не может дать ответ. Его можно выяснить,
334
только изучая оптичес.кие и химические свой­
ства элементов.
Большинство исследователей в настоящее
время придерживается мнения, что седьмой пе­
риод менделеевской системы сходен с предыду­
щим - шестым. В нем снова повторяется посте­
пенное заполнение /-электронами орбит, глубо­
ко расположенных в третьей, считая снаружи,
0-оболоч.ке. В нем поэтому тоже должна быть
группа из пятнадцати элементов-близнецов,
сходных между собой и со своими собратьями из
шестого периода - лантаноидами. Так и при­
нято теперь изображать седьмой период менде­
леевс.кой таблицы. В нем элементы с No 89 и по
�о 103 выделяются в обособленную группу
актиноидов.
Однако в современном построении таблицы
все еще остаются следы сомнений и неуверен­
ности ученых. Очень сложными и запутанными
оказались химичес.кие свойства актиноидов.
Первые из них: а.ктиний, торий, протактиний и
уран - тяготеют химичесю�ми свойствами .к
местам, отведенным для них еще Менделеевым.
Зато последние из них - трансураны, по-ви ­
димому, ведут себя в точности как их собратья
по предыдущему периоду - лантаноиды. Это
замечательное сходство и помогло ученым в их
сложной работе: в создании новых для табли­
цы элементов - в синтезе трансуранов.
�.JIE1'1EHTЫ, СОЗДАННЫЕ
ЧЕЛОВЕКОМ, ТАКЖЕ
ПОДЧИНЯЮТСЯ BEJIHKOMY ЗАКОНУ
Четыре места 11 периодической табдице ос­
тавались пустыми особенно долго: ..ЭТ-о были
клетки .No 43, 61, 85 и 87. Из четырех элемен­
тов, .которые должны были бы занят
.
ь эт.и места,
rри были_ уже давно предсказаны Менделеевым:
э.камарганец -43, экайод -85 и экацезий -87.
Четвертый - .No 61
-
должен был оказаться
редкоземельным элементом.
Эти четыре элемента были неуловимы. Уси­
л
.
ия учеQых всех стран мира, направленные
на их поиски в природе, оставались безуспеш­
ными. С помощью периодического закона дав­
но уже были заполнены все остальные места
в rаблице Менделеева - от водорода до урана.
Не один раз в научных журналах появля­
лись сообщения об открытии этих четырех
элементов. Экамарганед «открыва,ли» в Япо­
нии, где ему дали имя «нипонний», в Германии­
под названием «мазурий». Элемент .No 61 «от­
крывали» в разных странах, по крайней мере

Т
а
н
у
ю
п
е
р
в
о
д
в
ч
е
с
н
у
ю
т
а
б
.;1
в
ц
у
с
о
в
с
е
м
е
щ
е
н
е
д
а
в
н
о
в
а
!
r
ч
а
е1
1
в
в
m
н
о
"1
1
а
х
в
а
ш
и
р
о
д
и
т
е
е1
1
в
1
1
П
е
р
'!
о
д
ы
Р
я
д
ы
П
о
б
о
ч
-
Г
л
а
в
н
а
я
\
и
а
я
l'
р
3
·
п
п
а
l'
р
)
'
П
П
а
1
1
1
1
1
-
й
1
1
3
L
i
1
м
а
л
ы
й
2
Л
1
1
т
и
й
6
,
9
,
0
2
-
й
1
1
1
1
N
a
1
м
а
л
ы
й
3
Н
а
т
р
и
й
2
2
,
11
11
7
1
1
11
к
1
'
К
а
ш
1
й
t
-
й
3
11
,
0
9
6
б
о
л
ь
ш
о
й
1
2
11
C
u
1
5
М
е
д
ь
6
3
,
5
7
1
3
7
R
b
1
6
Р
у
б
и
д
и
й
2
-
й
8
5
,
6
6
б
о
л
ь
ш
о
й
1
Н
A
g
1
7
С
е
р
е
б
р
о
1
0
7
,
8
8
0
1
5
5
C
s
1
8
Ц
е
з
и
й
3
-
й
1
3
2
,
9
1
б
о
л
ь
ш
о
й
1
7
9
A
u
1
11
З
о
л
о
т
о
1
9
7
,
2
4
-
й
1
1
8
7
V
i
1
б
о
л
ь
ш
о
й
1
0
В
и
р
r
�;
н
и
й
Л
а
н
т
а
н
и
д
ы
:
5
8
С
е
5
11
P
r
Ц
е
р
и
й
П
р
а
з
е
о
д
и
м
и
й
н
о
,
1
3
Н
О
,
9
2
С
е
м
е
й
с
т
в
а
1
1
1
1
1
1
1
I
V
1
v
1
ri
о
б
о
ч
-
Г
л
а
в
н
а
я
!
П
о
б
о
ч
-
Г
л
а
в
н
а
я
!
П
о
б
о
ч
-
Г
л
а
в
н
а
я
'
П
о
б
о
ч
-
Г
л
а
в
на
я
'
н
а
я
l'
р
)
'
П
П
а
и
а
я
l'
р
)
'
П
П
а
и
а
я
r
р
у
п
п
а
н
а
я
l'
р
3
·
п
п
а
l'
р
)
·
п
п
а
r
p
y
п
n
a
l'
р
)
'
П
П
а
r
р
у
п
п
а
1
1
1
1
'
в
е
1
5
в
1
6
с
1
7
N
1
Бе
р
н
л
л
1
1
й
Б
о
р
У
r
л
е
р
о
д
А
з
о
т
9
,
0
2
1
0
,
8
2
1
2
,
0
0
Н
,
0
0
8
1
2
M
g
1
1
3
A
l
1
Н
S
i
1
1
5
р
1
M
a
l'
Н
J
I
Й
А
л
ю
м
и
ю
1
й
К
ре
М
Н
1
1
Й
Ф
о
с
ф
о
р
2
&
,
3
2
2
6
,
9
7
2
8
,
0
6
3
1
,
0
2
2
0
Са
1
2
1
S
c
1
2
2
T
i
1
2
3
v
1
К
а
л
ь
ц
и
й
С
�<
а
н
д
и
й
Т
и
т
а
н
в
а
н
а
д
и
й
(
0
,
0
8
4
5
,
1
0
,
7
,
9
0
5
0
,
9
5
3
0
Z
п
1
3
1
G
a
1
3
2
G
e
1
3
3
A
s
1
Ц
и
н
�<
Г
а
л
л
и
й
Г
е
�
м
а
н
и
й
М
Ы
Ш
Ь
Я
!
(
6
5
,
3
8
6
9
,
7
2
2
,
6
0
7
'
,
9
1
П
о
б
о
ч
-
и
а
я
r
p
y
п
n
a
V
I
1
V
l
l
1
Г
л
а
в
н
а
я
/
П
о
б
о
ч
-
Г
.
'l
а
в
и
а
я
/
l'
р
)
·
п
п
а
н
а
я
r
р
3
•
п
п
а
r
р
)
·
п
п
а
1
1
н
1
В
о
д
о
р
о
д
1
,
0
0
7
8
11
F
8
0
1
К
и
с
л
о
р
о
д
Ф
т
о
р
1
1
6
,
0
0
0
0
1
9
,
0
0
0
1
6
s
1
1
7
C
l
1
С
е
р
а
Х
л
о
р
3
2
,
0
6
3
5
,
,
5
7
2
'
C
r
1
2
5
М
п
1
Х
р
о
м
М
а
р
r
а
н
е
ц
5
2
,
0
1
5
i
,
9
3
3
(
S
e
1
3
5
B
r
1
С
е
л
е
н
Б
р
о
м
7
8
,
9
6
7
9
,
9
1
6
V
l
l
l
П
о
б
о
ч
н
а
я
Г
л
а
в
н
а
я
r
р
у
п
п
а
(
н
3
·
л
е
в
а
я
)
l'
р
)
·
п
п
а
2
Н
е
Г
е
л
и
й
,
,
0
0
2
1
0
N
e
Н
е
о
н
2
0
,
1
8
3
1
8
A
r
А
р
r
о
н
3
11
,
ll
H
2
6
F
e
2
7
С
о
2
8
N
i
Ж
е
л
е
з
о
К
о
б
а
л
ь
т
Н
и
к
е
л
ь
5
5
,
8
'
5
8
,
11
4
5
8
,
6
9
3
6
K
r
К
р
и
п
т
о
н
8
3
,
7
3
8
S
r
1
С
т
р
о
н
ц
и
й
8
7
,
6
3
3
9
У
1
'
о
z
r
И
т
т
р
и
й
Ц
и
р
к
о
н
и
й
8
8
,
9
2
9
1
,
2
2
1
Н
N
b
1
,
2
м
о
Н
и
о
б
и
й
М
о
л
и
б
д
е
н
11
3
,
3
11
6
,
0
1
6
3
М
а
1
Н
R
1
1
6
5
R
h
6
6
P
d
М
а
з
у
р
и
й
Р
у
т
е
н
и
й
Р
о
д
и
й
П
а
л
л
а
д
и
й
(
?
)
1
0
1
,
7
1
0
2
,
9
1
1
0
6
,
7
Н
!
C
d
К
а
д
м
и
й
1
1
2
,
Н
8
0
H
g
P
T
)
'
T
h
2
0
0
,
6
1
6
0
N
d
5
6
В
а
Б
а
р
и
й
1
3
7
,
3
6
8
8
R
a
Р
а
д
1
1
й
2
2
5
,
11
7
1
'
11
l
п
И
v
д
и
й
1
1
4
'
7
6
1
1
8
1
T
l
Т
а
л
л
и
й
2
0
4
,
3
11
1
5
7
L
a
1
7
2
H
f
Л
а
н
т
а
н
Г
а
ф
н
и
й
1
3
8
,
9
2
1
7
8
,
6
1
8
11
А
с
11
0
T
h
1
А
�;
т
и
и
и
й
1
Т
о
р
и
й
(
2
2
7
)
2
3
2
'
1
2
6
1
1
1
6
2
S
m
6
3
E
u
Н
е
о
д
и
м
и
й
И
л
л
11
н
и
й
Са
м
а
р
и
й
Е
в
р
о
п
и
й
1
Н
,
2
7
?
1
5
0
,
4
3
1
5
2
,
U
5
0
S
п
1
5
1
S
b
1
5
2
Т
е
1
5
3
J
1
5
t
Х
е
О
л
о
в
о
С
у
р
ь
м
а
Т
е
л
л
у
р
й
о
д
К
с
е
н
о
н
1
1
8
'
7
0
1
2
1
'
7
6
1
2
7
,
6
1
1
2
6
,
9
2
1
3
1
,
3
1
7
3
Т
а
1
a
w
1
7
5
R
e
1
7
6
O
s
7
7
l
r
7
8
P
t
Т
а
н
т
а
л
В
о
л
ь
ф
р
а
м
Р
е
н
и
й
О
с
м
и
й
И
р
и
д
и
й
П
л
а
т
и
н
а
1
8
1
'
6
1
8
6
,
0
1
8
6
,
3
1
1
11
1
,
5
1
11
3
,
1
1
11
5
,
2
3
8
2
Р
Ь
1
8
3
B
i
1
8
'
Р
о
1
8
5
A
m
1
8
6
N
t
С
в
и
н
е
ц
В
и
с
м
у
т
П
о
л
о
н
и
й
А
л
а
';'
м
и
й
П
и
т
о
н
(
э
м
а
-
2
0
7
,
2
2
2
0
9
,
0
0
2
1
0
,
О
н
а
ц
и
я
)
(
2
2
2
)
1
9
1
Р
а
1
11
2
u
1
1
П
р
о
т
а
�;
т
и
н
н
й
У
р
а
н
(
2
3
1
)
2
3
8
,
1
4
6
4
G
d
6
5
т
ь
6
6
D
y
6
7
Н
о
6
8
E
r
6
9
T
u
7
0
У
Ь
7
1
С
р
Г
а
д
о
л
и
н
и
й
Т
е
р
б
и
й
д
и
с
п
р
о
з
и
й
Г
о
л
ь
м
и
й
Э
р
б
и
й
Т
у
л
л
и
й
И
т
т
е
р
б
и
й
К
а
с
с
и
о
п
и
й
1
5
7
,
3
1
5
11
,
2
1
6
2
,
4
6
1
6
3
,
5
1
6
7
'
6
4
1
6
9
,
(
1
7
3
,
0
4
1
7
5
,
О
С
л
е
ва
у
�;
а
ж
д
о
r
о
э
л
е
м
е
н
т
а
о
б
о
з
н
а
ч
е
н
о
п
о
р
я
д
�;
о
в
о
е
ч
и
с
л
о
,
в
н
и
з
у
а
т
о
м
н
ы
й
в
е
с
д
а
н
н
о
r
о
э
л
е
м
е
н
т
а
(
а
т
о
м
н
ы
е
ве
са
и
с
п
р
а
в
л
е
н
ы
п
о
д
а
н
н
ы
м
К
о
м
и
с
с
и
и
а
т
о
м
н
ы
х
ве
с
о
в
И
н
т
е
р
н
а
ц
и
о
н
а
л
ь
н
о
r
о
с
о
ю
за
х
1
1
м
1
1
и
н
а
1
11
3
4
r
.
)
.
В
п
е
р
и
о
д
и
ч
е
с
к
о
й
т
а
б
л
и
ц
е
М
е
н
д
е
л
ее
в
а
,
п
о
м
е
щ
е
н
н
о
й
в
1
9
4
0
r
.
в
4
5
-
м
т
о
м
е
п
е
р
в
о
r
о
и
з
д
а
н
и
я
Б
о
л
ь
ш
о
й
с
о
в
е
т
с
к
о
й
з
н
ц
и
к
л
о
п
е
д
и
н
,
н
а
м
е
с
т
е
з
к
а
ц
е
з
и
я
в
к
л
е
т
к
е
.N
8
7
б
ы
;�
о
н
а
п
е
ч
а
т
а
н
о
н
а
з
в
а
н
и
е
«
в
н
р
r
и
н
и
й
»
,
н
а
м
е
с
т
е
з
к
а
м
а
р
r
а
н
ц
а
в
к
л
е
т
к
е
.Ni
4
3
-
«
м
а
з
у
р
и
й
»
,
т
а
м
,
r
д
е
д
о
л
ж
е
н
н
а
х
о
д
и
т
ь
с
я
э
л
е
м
е
н
т
.Ni
8
5
-
з
к
а
й
о
д
,
б
ы
л
о
н
а
з
в
а
н
и
е
«
&
л
а
­
б
а
м
и
й
»
,
с
р
е
д
1
1
ре
д
к
о
а
е
м
е
;�
ь
н
ы
х
э
л
е
м
е
н
т
о
в
6
1
-
е
м
е
с
т
о
б
ы
л
о
з
а
н
я
т
о
э
л
е
м
е
н
т
о
м
с
о
з
в
у
ч
н
ы
м
и
м
е
н
е
м
-
«
и
л
л
и
н
н
й
"
.
Н
о
в
с
е
а
т
н
к
р
а
с
и
в
ы
е
и
м
е
н
а
б
ы
л
и
п
о
ро
ж
д
е
н
ы
т
о
л
ь
к
о
о
ш
и
б
к
а
м
и
и
с
м
е
д
о
а
а
т
е
л
е
й
.
Р
а
з
р
а
б
а
т
ы
в
а
я
н
о
в
ы
е
м
е
т
о
д
ы
а
н
а
л
и
з
а
,
о
н
и
,
о
ш
и
б
а
я
с
ь
с
а
м
и
,
п
ро
к
л
а
д
ы
в
а
л
и
н
о
в
ы
е
п
у
т
и
т
е
м
,
к
т
о
н
а
х
о
д
и
п
п
р
а
в
и
л
ь
н
у
ю
д
о
ро
r
у
к
и
с
т
и
н
е
.
Э
т
и
п
о
м
е
д
н
и
е
з
а
б
л
у
ж
д
е
н
и
я
в
е
л
и
к
о
й
р
а
з
в
е
д
к
и
в
п
р
и
р
о
д
е
.
П
о
и
с
к
и
у
ч
е
н
ы
м
и
п
р
с
д
с
к
а
а
а
н
н
ы
х
М
е
н
д
е
л
е
е
в
ы
м
э
л
е
м
е
н
т
о
в
д
п
я
п
о
м
е
д
н
и
х
п
у
с
т
ы
х
м
е
с
т
в
п
е
р
и
о
д
и
ч
е
с
к
о
й
т
а
б
л
и
­
ц
е
б
ы
л
и
б
е
з
н
а
д
е
ж
н
ы
.
В
п
р
и
ро
д
е
э
л
е
м
е
н
т
ы
Jl
li
4
3
,
6
1
и
8
5
о
б
н
а
р
у
ж
и
т
ь
б
ы
л
о
ч
ре
з
в
ы
ч
а
й
н
о
т
р
у
д
н
о
,
т
а
к
к
а
к
и
х
о
ч
е
н
ь
м
а
л
о
.
Э
т
и
э
п
е
м
е
н
т
ы
у
ж
е
п
о
т
о
м
б
ы
л
и
с
о
з
­
д
а
н
ы
и
с
к
у
с
с
т
в
е
н
н
о
.
Т
о
л
ь
к
о
в
с
а
м
о
е
п
о
с
л
е
д
н
е
е
в
р
е
м
я
с
в
е
р
х
т
о
ч
н
ы
е
м
е
т
о
д
ы
а
н
а
п
и
з
а
п
о
з
в
о
л
и
п
и
о
б
н
а
р
у
ж
и
т
ь
в
п
р
и
р
о
д
е
и
с
ч
е
з
а
ю
щ
е
м
а
л
ы
е
с
л
е
д
ы
эл
е
м
е
н
т
о
в
4
3
и
8
5
.

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
трижды, он получал имена «иллиний», «Флорен­
ций», «циклоний». Экайод «находили» в при­
роде также неоднократно. Ему давали имена
«алабамий», «гельвеций». Экацезий в свою оче­
редь получал названия «Виргиний», «молда­
вий». Некоторые из этих названий попадали
в периодические таблицы в различных справоч­
никах и даже проникли в школьные учебники.
Но все эти открытия не подтвердились: каж­
дый раз точная проверка показывала, что бы­
ла допущена ошибка и случайные ничтожные
примеси были приняты за новый элемент.
Долгие и трудные поиски привели, наконец,
к открытию в природе одного из неуловимых
элементов. Оказалось, что экацезий, который
должен занимать в периодической таблице
87-е место, возникает в цепочке распада при­
родного радиоактивного изотопа - урана-235.
Это короткоживущий радиоактивный элемент.
У него нет стабильных изотопов. Он по.ТJучил
имя «франций».
Элементы .No 43, 61 и 85 оставались неуло­
вимыми. В природе их никак не удавалось найти,
хотя ученые уже владели могучим методом, безо­
шибочно указывающим путь для поиска новых
элементов,- периодическим законом. Все хи­
мические свойства неизвестного элемента бла­
годаря этому закону известны ученым заранее.
Так почему же были безуспешны поиски
этих трех элементов в природе? Может быть,
не для всех элементов оказался справедли­
вым закон Менделеева и поиски их в природе
направлялись по неверному пути?
Изучая свойства атомных ядер, физики до­
казат1: у элементов с атомными номерами 43,
61, 85 и 87 не могут существовать стабильные
изотопы. Они могут быть только радиоактив­
ными, с короткими периодами подураспада и
должны быстро исчезать. Поэтому все эти эле­
менты были созданы человеком искусственно.
Пути для создания новых элементов были
указаны периодическим законом. Попробуем с
его помощью сами наметить путь синтеза эка­
марганца. Этот элемент .No 43 был первым эле­
ментом, созданным человеком искусственно.
Мы знаем, что химические свойства элемен­
та определяются его электронной оболочкой,
а она зависит от заряда атомного ядра. В ядре
элемента No 43 до.ТJжно быть 43 положительных
заряда, и вокруг ядра должны вращаться 43
электрона. Как же можно создать элемент с 43
зарядами в атомном ядре? Как можно до1>азать,
что такой элемент создан?
Давайте рассмотрим внимательно, какие
соседи в периодической таблице у пустого ме-
336
ста, предназначенного для элемента .No 43. Оно
находится почти в середине пятого периода.
Этот период длинный, так же как четвертый и
шестой периоды. На соответствующих местах
в четвертом периоде стоит марганец, а в ше­
стом - рений. Поэтому химические свойства
43-го элемента должны быть похожи на свой­
ства марганца и рения. Недаром Д. И . Менде­
леев, предсказавший этот элемент, назвал его
экамарганцем. Слева от 43-го места находится
молибден, занимающий клетку 42, справа,
в 44-й,-рутений. Следовательно, можно пред­
положить: чтобы создать элемент .No 43, нужно
повысить число зарядов в ядре атома, име­
ющего 42 заряда, еще на один элементарный
заряд. Поэтому, исходя из указаний: периоди­
ческого закона, при создании нового элемента
.No 43 нужно взять в качестве исходного сырья
молибден. У него в ядре как раз 42 заряда.
Одним положительным зарядом обладает са­
мый легкий элемент - водород. Следовательно,
можно ожидать, что элемент .No 43 может быть
получен в результате ядерной реакции между
молибденом и водородом (рис. 11).
Та6.н11<п, п спи111�.ъе <•llP.нtnut"i �и•ко1н)
До Менделеева ничего не было известно об элементах,
занимающих теперь в периоj\ической таблице поряд­
ковые номера 2, 10, 18, 21 , 31, 32, 36, 43, 54, 590
60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67,69,70, 71, 72, 75, 84, 85,
86, 87, 88, 89, 91, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101"
102, 103, 104. Одни из них еще не были открыты,
другие вовсе ие существова.111. Достаточно хорошо
были изучены только 54 элемента, ио правильные
значения атомнnго веса были известны лишь для
49 элементов (они обозначены в таблице прасным
цветом). для элементов 22, 52, 76, 77, 79 Менделе­
ев исправил на основании их положения в таблице
неточно )'Становленные атомные веса. Не производя
никаких измерений, о н предсказал новые оерные зна­
чения атомного веса для элементов 4, 39, 49, 57, 58,
59, 68, 90, 92 (все эти элементы помечены ""елmым
1\ветом). Элементы 59 и 60 во времена Менделеева
принимали за один элемент, для которого он и пред­
сказал правильное значение среднего атомного веса.
Отделить эти два элемента дР)'Г от друга удалось
значительно позже. Менделеев предеказа.• существо­
вание двен адц а т и новых, до него никому ие
11звестных элементов. Для трех из 1111х он даже ука­
зал все важнейшие физические 11 хим11ческие свой­
ства не только самих з.'lементоо, но и 11екоторых их
соед11нен11й. Зто были элементы 21, 31 и 32 (ioлy-
6oii. цвет) . Кроме :>т11х элементов, Мендедеев пред ­
с11азал элементы 4 3, 72, 75, 84, 85, 87, 88, 89, 91
(си11Р1'еоые клет11н). По примеру Менделеева , на ое­
новании его закона были 11редсказаны элементы 10,
36, 54, 86 (отмечены ""'··•еным 11ветом). Все зти
ше сти адц ать, 11редс1<аза11ных заранее злемен•
тов по:щ нее был11 обнаружены в 11р11роде. Кроме них ,
тоже после отl\рытин периодичесшtго закона, были
найдены з.•емеиты 2, t 8, 60, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 6D,
70, 71 (rPJIЫ'l
l
цист). 3.•смl'НТЫ 43, 61 , 85додгое вре­
мя наiiт11 в пр11рnде не удuuалось. Они были созда­
ны сначала чс.•оn1•ком. Элементы 93, !Н, 95, 96, 97 ;
98, 99 , !00, 101, 102, 103, 104 лежат за пределами
таб.•нцы, С)'щсстно11а11шсй пр11 жизнн Менделеева.
Их тоже нс бы.•о иа Земле, все они созданы искус­
стnе.нно, 11 п�·т11 д.чя их синтеза указаны периодиче­
сю�м за1<<111ом (эти з.•еме11ты поме•1е11ы ораижевым
цветом) . :Элементы 4 3, 85 и 87 помечены на табли­
це двумя цветами. Зто - искусственно полученные
а.•ементы, с�·ществоuа1111е 1юторых было предсказано
Менде.•ееоым. :Э.1еме11т 104 еще не нашел себе место
в таб.'!щ<' ме11де.•еева. Х11м111ш еще не запершили
егu 11аучен11е.

Таблица к cmaniьe (<Ве.лии1tй аакои')
Все тр11 табл11цы на этой цоетной вкладке 0•1em.
важны и интересны. Их стоит внимательно изу­
чить. На11более замечательна, конечно, периоди­
чсс1.ая таблица атомных ядер. 3дссь, правда,
приведено только ее начало - от водорода до скан­
дия. Полностью, к сожалению, поместить ее нельзя:
)'Ж очень она велика. Конечно, нужно немало
знать, чтобы свободно читать ату удивительную
таб.1ицу 11 пользоваться ею. Некоторым она
может показаться непонятной, и мноl"ое в ней
останется неясиым.
Эт11м читателям следует
верн�·ться к ней еще не раз, подготовившись хоро­
шс11ы.;о.
Содержаи11е таблицы очень г.1убоко и обш11рно. Из
1ню можно )':JИать, ско.1ько различных изотопов су­
ществует у .1юбого элемента, какие они 11 каковы их
сuойства. Но самое главное в таб.11ще - это отчетли­
во•· проявление периодических закономерностей
в свойствах атомных ядер. На11бо.1ее важные обо­
значения разъяснены в самой таблице. Правда, не
вс". Догадл11оый читатель сам сообразит, что обо­
а1111чают некоторые нз них, а о друг11х пусть по­
старается узнать самостоятельно. Присмотритесь
к таб.1ице. На ней нанесены все известные в настоя­
щ<>е время атомные ядра - вес 11зотопы 21 элемен­
та в начале таблицы Меи делеева. Их очень много -
бu.1ее 150. Большинство 11з 1111х рад11оакт11вны, неус­
тоiiчины; стаб11льных сравнuтельн() немноrо - всеrо
'7. Химические свойства любого изотопа каждый
х11мик легко определит по с11мволу элемента - все
т1шы его атомных ядер распо.1ожеиы в одном столб­
це. Массовое число каждого ядра помечено сбоку
cupana от обозначения 11эотопа. Порядковый номер
:�лемента, как и полагается, находится рядом с его
химическим символом. Сколько нейтронов содерж11т
ядро данного 11зотопа - сосч11тайте сам11.
Очень легко узнать: стабилен даиный 11зотоп
uл11 нет, можио ли его обнаружить в природе, каково
его относ11те.1ьиое содержание. На зто указывают
цифры внутри ромбиков, они обозначают изотоп­
ный состав пр11родного з.1смента, выраженный в
ор<>Ц(•Нтах. Нетрудно узиать и радиоактивные свой­
ства .1юбого щютопа. Цвет кр)·жка показывает, ка­
кой у этого изотопа тип распада. Период полурас­
шца указаи внутр11 кружка. Одни атомные ядра
ЖllB)'T очень до.1го - иногда даже сотни тысяч лет
(.л), другие исчезают через несколько дней (д), часов
(ч}, минут (·"), секунд (с), а сеть даже и такие, что
С)'Щl'ствуют всего лишь несколько миллисекунд (.wc) .
Jlоманая черная линия соединяет устойчивые ядра.
Тонкие красные л11нии проведены по устойчивым
четным ядрам, они ограничивают область )'стойчи­
вост11. Л11ловый )'часток л11шш стабильности отме­
чает область магического числа «20» •
С.�ожнос строение таблицы отражает, как сдожен
1111р атомного ядра. В ием пока еще не все ясно и
сащ1м физикам. Это периодическая таблица буду­
щ"rо. Над ней сейчас миого работают ученые. Она
еще не завершена. Будут еще открыты и созданы
ноны<- атомные ядра, новые изотопы и выявлены
ннныс закономерности.
Обязате.1ьно нужно сравнить с 11ериод11ческой таб­
л11цей 11зотопов таблицу рас11ространснност11 зле­
М«"Нтов на Солнце и в метеор11тах (ввержу слева).
Обратнте внимание на 11х удивительное сходство.
Периодическ11е свойства атомиых ядер, и прежде
всего чередование свойств четных и нечетных оле­
мен тов , отражаются и на закономерностях распро­
странения элементов во Вселенной. 3амечательно
также поразительное сходство между составом Солн­
ца и метеор11тов. 3а 11сключением начального участ­
ка, rде находятся водород и гелий, кр11вые рас про­
страненност11 по•1т11 совпадают.
Dраван ве1)жння 1ntL6дuцa показывает связь между
оо.1ожеш1ем элемента в периодической таблице Мен­
Ас.1сева 11 его rеохимическим11 свойствами. Син"й
краской ·)·казаны элементы, встречающиеся преиму­
щественно в атмосфере, фttо.н!mоаой краской - эле­
менты, встречающиеся в самородном состоянии, зе­
леиоt't - образующие рудные месторождения; серым
цветом обозначены элементы, входящие преиму­
щественно в состав сидикатных пород. Жl'.�mым
цветом обозначены искусственные и радиоактивные
алементы. Эта упрощенная геохимнческая таблица
показывает, что грандиозные геохимические про­
цессы, миллионы лет протекающие в земной коре�
управдяются великим периодичесю1м законом.
о22д.э. т. 3
ВЕЛИКИИ ЗАКОН
н·
о
��Мо 42 Те 43
'� �···��
"..
.
.,
,
·.
-
�"�
..
..
Рис. tt .
Свойства элемента .М 43 должны быть сходны­
м и с химическими свойствами марганца и рения,
и, для того чтобы обнаружить и дока3ать образо­
вание этого элемента, нужно восполь3оваться
химическими реакциями, аналогичными тем,
с помощью которых химики определяют присут­
ствие малых количеств марганца и рения.
Вот каким обра3ом периодическая таблица
дает возможность наметить путь для со3дания
искусственного элемента, если, конечно, хими­
ческий элемент, созданный 3аново человеком,
будет также подчиняться 3акону Менделеева.
Точно таким же путем, который мы только
что наметили, путем, полностью ука3анным
периодическим 3аконом Менделеева, и был
СО3дан в 1937 г. первый искусственный хими­
ч.еский элемент. Он получил знаменательное имя:
технеций - первый элемент, И3готовленный тех­
ническим, искусственным путем.
Вот как был осуществлен синтез технеция.
Пластинка молибдена подвергалась интенсив­
ной бомбардировке ядрами тяжелого И3отопа
водорода - дейтерия, которые были ра3огна­
ны в циклотроне до огромной скорости.
Ядра тяжелого водорода, получившие очень
бмьшую энергию, проникли в ядра молибдена.
После облучения в циклотроне пластинка мо­
либдена была растворена в кислоте. Из раство­
ра было выдеяено с помощью тех же реакций,
которые необходимы для аналитического опре­
деления марганца (аналог элемента .No 43),
ничтожное количество, как говорят химики,
следы, нового радиоактивного вещества. Это
и был новый элемент - технеций. Он обра3о­
вался при ядерной реакции между молибденом
и тяжелым водородом. Вскоре были подробно
и3учены его химические свойства.
Так же как и природные элементы, техне­
ций подчиняется великому 3акону природы -
периодическому 3акону Менделеева. Все его
свойства точно соответствуют положению эле­
мента в менделеевской таблице.
С того времени, как был со3дан технеций,
прошло немало лет. Теперь технеций стал
337

КАК И ИЗ ЧЕ1'0 ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
вполне доступным: он образуется в довольно
большом количестве в атомных реакторах.
Технеций очень хорошо изучен, получен даже
его спектр. Вновь созданный элемент уже
практически используется. Технеций приме­
няется для решения имеющей огромную важ­
ность задачи. С его помощью исследуют про­
цесс коррозии металлов. Он помогает ученым
найти пути и способы сохранить одно из основ­
ных богатств человечества - железо (железные
конструкции и изделия, машины) от разруше­
ния, от ржавчины.
Метод, каким был создан 61-й элемент, очень
похож на метод, которым получают технеций.
Элемент .No 61 должен был встать среди редкозе­
мельных элементов: 61-я клетка находится меж­
ду неодимом (.No 60) и самарием (.No 62). Новый
элемент впервые был получен в 1938 г. в цик­
лотроне бомбардировкой неодима ядрами дейте­
рия (рис. 12). Химическим путем 61-й элемент
был выделен лишь в 19q5 г. из осколочных эле­
ментов, образующихся в ядерном реакторе.
Ри с. 12.
Новый элемент получил символическое имя
прометий. Это имя было дано ему неспроста.
Древнегреческий миф рассказывает о том, что
титан Прометей похитил с неба огонь и пере­
дал его людям. За это он был наказан богами:
его приковали к скале, и громадный орел еже­
дневно терзал его. Название «прометий» не
только символизирует драматический путь по­
хищения наукой у природы энергии ядерного
деления и овладения этой энергией, но и предо­
стерегает людей от страшной военной опасности
в образе стервятника, угрожающего челове­
честву - Прометею.
Прометий теперь уже получают в большом
количестве, и он нашел неплохое практическое
применение: из него делают атомные батарейки­
источники постоянного тока, способные дей­
ствовать без перерыва несколько лет.
Аналогичным путем был синтезирован и са­
мый тяжелый галоген экайод - элемент .No 85.
Он впервые был получен бомбардировкой в�1-
смута (.No 83) ядрами гелия (.No 2), ускоренными
В ЦИКЛОТроне ДО бОЛЬШИХ энергий (рис. 13).
838
84Ро 85At
Рис. fЗ. Синтез астата. Только на основании периодическоrо
закона физики могли заранее знать, что получить отсутство­
вавший в природе последний галоид - элемент ;м 85 (экайод)
можно из висмута - .Ni 83, применив быстрые ядра гелия.
Ядра гелия, второго элемента в периодиче­
ской системе, обладают двумя зарядами. По­
этому, чтобы создать 85-й элемент, и был взят вис­
мут - 83-й элемент. Новый элемент назван аста­
том, что означает «неустойчивый». Он радио­
активен, быстро исчезает. Его химические
свойства также оказались точно соответствую­
щими периодическому закону. Он похож на йод.
(О том, как нашли технеций, франций и астат
в земных минералах, см. ст. «Рождение, жизнь
и смерть химических элементов».)
КАК БЫJIИ ОТКРЫТЫ
ТРАНСУРАНОВЫЕ �JIEMEHTЬI
Вопрос о границах периодической системы,
пожалуй, наиболее сложен. Сколько элементов
существует в природе? Сколько их может быть
созда
.
но человеком?
В пределах от водорода до урана их ровно
92 - ни больше, ни меньше. Это доказано пе­
риодическим законом. До водорода нет ни од­
ного: не может быть атома с зарядом ядра
меньше единицы. Но периодический закон хи­
мических элементов не дает ответа на вопрос,
сколько же элементов за ураном.
Много труда положили химики, разыски­
вая в природе элементы тяжелее урана. Не раз
в научных журналах появлялись торжествую­
щие извещения о «достоверном» открытии но­
вого тяжелого элемента с атомным весом боль­
шим, чем у урана. Например, элемент No 93
«открывали» в природе многократно, он получал
имена «богемий», «секваний». Но эти ложные
открытия оказывались каждый раз следствием
ошибок. Они по существу характеризуют
чрезвычайную трудность точного аналитичес�>о­
го определения ничтожных следов нового не­
известного элемента с неизученными свойствами.
Результат этих поисков был отрицатель­
ным, потому что элементов, соответствующих

тем клеткам таблицы Менделеева, которые
должны быть расположены за 92-й клеткой,
на Земле фактически нет.
Первые попытки искусственно получить
новые элементы тяжелее урана были связаны
с одной из замечательных ошибок в истории
развития науки. Было замечено, что под влия­
нием потока нейтронов многие элементы стано­
вятся рад иоактивными и начинают испускать
�-лучи. Ядро атома, потеряв отрицательный
заряд, сдвигается в периодической таблице на
одну клетку вправо, и его порядковый номер
становится на единицу больше - происходит
превращение элементов. Под воздействием ней­
тронов образуются более тяжелые элементы.
Естественно, что была сделана попытка по­
действовать нейтронами и на уран. Ученые на­
деялись, что, так же как и у других элементов,
у урана при этом появится �-активность и в
результате �-распада возникнет новый элемент
с номером на единицу большим, который и дол­
жен занять 93-ю клетку в системе Менделеева.
Было высказано предположение, что этот эле­
мент должен быть похож на рений, поэтому он
был заранее назван «ЭКарением».
Первые опыты, казалось, сразу же подтвер­
дили такое предположение. Даже больше, было
обнаружено, что при этом возникает не один
новый элемент, а несколько. Были опублико­
ваны сообщения о возникновении сразу шести
новых элементов тяжелее урана. Кроме эка­
рения, были «обнаружены» экаосмий, экаири­
дий, экаплатина и эказолото.
И все открытия оказались ошибкой. Но это
была замечательная ошибка. Она привела науку
к величайшему из достижений физики за всю
историю человечества - к овладению энергией
атомного ядра.
Оказалось, что все было не так. Никаких
трансурановых элементов не было найдено.
У странных новых элементов тщетно пытались
найти предполагаемые свойства, которыми дол­
жны были обладать элементы от «экарения» до
«эказолотю>. И вдруг среди этих элементов нео­
жиданно были обнаружены радиоактивный ба­
рий и лантан. Не трансурановые, а самые обыч­
ные элемен ты, места которых находятся в се­
редине периодической таблицы Менделеева.
Прошло немного времени, и этот очень не­
ожиданный и очень странный результат был
правильно понят.
Почему из атомных ядер урана, стоящего
в конце периодической системы элементов, при
действии нейтронов образуются ядра элемен­
тов, места. которых находятся в ее середине?
ВЕЛИКИЯ ЗАКОН
Например, было найдено, что при действии:
нейтронов на уран возникают элементы, соот­
ветствующие следующим клеткам периодиче­
ской системы:
35 - бром
и 57 - лантан
36 - криптон
и 56-барий
37 - рубидий
и 55-цезий
38 - стронций и 54 - ксенон
39 - иттрий
и 53-йод
40 - цирконий и 52 - теллур
Много элементов было найдено в невообра­
зимо сложной смеси радиоактивных изотопов,
образующихся в уране, облученном нейтронами.
Хотя все они оказались старыми, давно зна-
Рис. f,, Когда ней трон попадает в ядро урана-235, оно
возбуждается, в нем возникают сильные колебательные дви­
жения, похожие на колебания капли воды.
комыми химикам элементами, в то же врем я
это были новые вещества, впервые созданные
человеком.
В природе пет рар;иоактивных изотопов
брома, криптона, стронция и других тридцати
четырех элементов - от цинка до гадолиния,
возникающих при облучении урана.
·В пауке часто так бывает: самое загадочное
и самое сложное оказывается простым и ясным,
когда оно разгадано и понято. Оказалось, когда
нейтрон попадает в ядро урана, оно раскалы­
вается, расщепляется на два «осколка» - па
два атомных ядра меньшего веса (рис. 14).
Эти осколки могут быть различной величины,
поэтому-то и образуется так много различных
радиоактивных изотопов обычных химических
элементов.
Одно атомное ядро урана (92) распадается
на атомные ядра брома (35) и лантана (57),
осколки при расщеплении другого могут ока­
заться атомными ядрами криптона (36) и ба­
рия (56). Каждый раз сумма атомных номеров
образующихся осколочных элементов будет
равна 92.
Это было началом цепи великих открытий,
изменяющих судьбу человечества. Вскоре было
339

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
Р11с. 15 . Возбужденное ударом
Н('i1трона ядро урана-235 рас­
ка.•ывается на две части. По­
·ч ·чаются два ядра-осколка.
Обычно у них разная масса н
разные заряды. Таким образом,
возникают радиоактивные изо­
топы элементов, находящихся
11 сср('днн с периодической таб­
.11щы. При таком делен11и из
ядра ураиа-235 вылетают 2-3
новых нейтрона, каждый из ко­
торых может вызвать расщеп­
лс1111е нового ядра урана-235.
обнаружено, что под ударом нейтрона возни­
ю1ют из ядра атома урана-235 не только оскол-
1ш - ядра с меньшим весом, но и два-три нейт­
рона (рис. 15). Наждый из этих нейтронов
в свою очередь способен снова вызвать расщеп­
ление атома урана. А при каждом таком распа­
де выделяется очень много энергии. Это и стало
нача.1ом овладенпя человеком внутриатомной
энергией.
Среди огромного множества оско.тrочных про­
дуктов при расщеплении ядер урана был впо­
с.т�едствии обнаружен остававшийся долгое вре­
мя незамеченным первый настоящий трансура­
новый элемент - No 93 (рис. 16 и 17). Он воз­
ннка.1 при действии нейтронов на уран-238.
Х1вшческими сво{1ствами он оказался весьма
сходным с ураном и совсем не был похож на
реннii, как это ожидали при первых попытках
сннтезпров ать э.т�е�1енты тяжелее урана. Поэто­
му его и не мог;ш сразу обнаружить.
Первый созданный человеком элемент, ле­
жащий за пределами «естественной системы
химических э.тrементов», был назван нептунием,
по имени планеты Нептун. Его создание рас­
шнри.10 для нас границы, определенные самой
природой. Та:к же и предсказанное открытие
ш1анеты Нептун расширило границы наших
знанн ii о солнечной системе.
Вс!\оре был создан и 94-й элемент. Он та!\же
получил имя, взятое «с неба», в честь последней
планеты солнечной системы. Его назвали плу-
340
топнем. В периодической таблице Менделеева
он следует по порядку за нептунием, анало­
гично последней планете солнечной системы
Плутону, орбита которой лежит за орбитой Неп­
туна.
94-й элемент был обнаружен точно в соот­
ветствии с законами построения периодической
системы. Он возникает из первого искусствен­
ного трансуранового элемента нептуния при его
�--распаде (рис. 18).
Плутоний - единственный из трансурано­
вых элементов, который теперь получают в атом­
ных реакторах в очень больших количествах.
Так же как и уран-235, он способен расщеп­
ляться под действием нейтронов и применяется
как «топливо» в атомных реакторах.
95-й и 96-й элементы носят названия «аме­
риций» и «Кюрий». Они также получаются те-
Рис. 16. Нейтрон, попавший в ядро ураиа-238, остается в
ядре. Образуется новый изотоп урана - ураи-239. Такого
урана n природе нет. Это короткоживущий атом, обладаю-
щий � --радиоактивностью.

Рис. f7. При потере одной �--частицы ураи-239 превращается
в элемент .Ni 93 - первый трансурановый элемент -нептуний.
Рис. 18. Нептуний, теряя �-частицу, превращается в плутоний.
перь в атомных реакторах. Оба элемента обла­
дают очень большой радиоактивностью - испу­
скают ll-лучи. Радиоактивность этих элемен­
тов настолько велика, что растворы их солей
нагреваются, закипают и очень сильно светят­
ся в темноте.
Все трансурановые элементы - от непту­
ния до америция и кюрия - бы ли получены
в достаточно больших количествах, чтобы под­
робно изучить их свойства. В чистом виде это
металлы серебристого цвета, все они радиоак­
тивны и химическими свойствами очень похо­
жи друг на друга, а все вместе - на уран.
Очень интересный элемент
калифорний-шестой после ура­
на. Калифорний впер�ые был
создан по методу, основанному
на периодическом законе: пла­
стинка урана была подвергну­
та в циклотроне бомбардировке
ядрами. углерода, обладающи­
ми большой энергией. Почему
ВЕЛИКИЙ ЗАКОН
ли в кислоте и из смеси выделили наиболее
долгоживущий берклий-249. Он радиоактивен -
за год распадается наполовину. Пока удалось
получить только несколько микрограммов берк­
лия. Но этого количества хватило ученым, что­
бы точно изучить его химические свойства.
Очень интересна история открытия двух
следующих трансурановых элементов: 99-го и
100-го. Впервые они были найдены в об.:Iаках
и в «грязи». Чтобы изучить, что образуется при
термоядерных взрывах, самолет пролетел сквозь
взрывное облако и на бумажные фи:1ьтры
были собраны пробы осадка. В этом осад­
ке и были найдены следы присутствия дву х
новых элементов. Чтобы получить более точ­
ные данные, на месте взрыва собрали большое
количество «грязи» - измененной взрывом поч­
вы и горной породы. Эту «грязь» переработали
в лаборатории и из нее выделили два новых
элемента. Их назвали эйнштейнием и фермием,
в честь ученых Эйнштейна и Ферми, которым
человечество многим обязано за открытие пу­
тей, как овладеть атомной энергией: Эйнштей­
ну принадлежит закон эквивалентности мас­
сы и энергии, а Ферми построил первый атом­
ный реактор.
Найдены и другие методы получения обоих
этих элементов, правда, пока еще в столь исче­
зающе малых количествах, что даже увидеть
их никому не удалось.
Одним из самых великих достижений, кото­
рым по справедливости может гордиться наука,
следует назвать создание 101-го э.'lемента, ко­
торый получил имя великого творца периоди-
при этом должен получиться -'"---""
"
------..
.;
;:io
""
":
:
�-'"
""-
---'----.1'"- --..
.1.
..
..;.
..
.
__.:.&.
..
_
98-й элемент калифорний, со-
образите сами. Рисунок 19 вам
в этом поможет.
Рис. 19. Калифорний возникает при обстреле у рана-238 ядрами углерода.
Был выделен в чистом виде
и 97-й элемент - берклий. Для этого пришлось
положить чистый препарат плутония внутрь
ядерного реактора, где он целых шесть лет
находился под действием мощного потока ней­
тронов. За это время в нем и накопилось не­
сколько микрограммов элемента No 97. Плуто­
ю1й извлекли из атомного реактора, раствори-
ческой системы химических элементов, поло­
жившей начало овладению тайнами строения
атома,- имя Дмитрия Ивановича Менделеева.
Менделевий был получен следующим обра­
зом (рис. 20). На листочек тончайшей золотой
фольги нанесли совершенно невидимое покры­
тие, состоящее приблизительно из одного мю1-
341

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
лиарда атомов эйнштейния. Альфа-частицы
с очень большой энергией, пробивая золотую
фольгу с обратной стороны, при соударении
с атомами эйнштейния могли вступать в ядерно­
химическую реакцию и образовывали атомы
нового, 101-го элемента. При таком соударении
образовавшиеся атомы менделевия вылетали
с поверхности золотой фольги и собирались па
другом, расположенном рядом, тончайшем золо­
том листочке. Таким остроумным путем уда­
лось выделить в чистом виде атомы 101-го эле­
мента из сложной смеси эйнштейния и продук­
тов его распада. Невидимый налет смывался
кислотой и подвергался радиохимическому ис­
следованию.
Поистине это было чудом. Исходным мате­
риалом для создания 101-го элемента в каждом
Рис. 20. .Теряя а-частицу, калифорний превраща­
ется в менделевий.
отдельном опыте служил приблизительно один
миллиард атомов эйнштейния. Это очень мало -
значительно меньше одной миллиардной доли
миллиграмма, а получить эйнштейний в боль­
шем количестве было невозможно. Заранее
было подсчитано, что из всего миллиарда атомов
эйнштейния при многочасовой бомбардировке
альфа-частицами может прореагировать всего
только один-единственный атом эйнштейния и,
следовательно, может образоваться только один
атом нового элемента. Нужно было не только
суметь его обнаружить, но и сделать это так,
чтобы выяснить по одному лишь атому хими­
ческую природу элемента.
И это было сделано. Успех опыта превзошел
расчеты и ожидания. Удалось заметить при
одном эксперименте не один, а даже два атома
нового элемента. Всего в первой серии опытов
было получено семнадцать атомов менделевия.
Этого оказалось достаточно, чтобы установить
и факт образования нового элемента, и его
место в периодической системе и определить
его основные химические и радиоактивные свой­
ства. Оказалось, что это альфа-активный эле­
мент с периодом полураспада около получаса.
В последние годы ученые искусственно изго­
товили 102-й и 103-й элементы. Первый пока
342
не получил названия, а второму дали имя лоу­
ренсий (в честь Лоуренса - изобретателя
циклотрона).
В 1964 г. советские ученые синтезировали
изотоп 104-го элемента (см. ст. «На пут и к откры­
тию элемента 104»).
3АГ.JIЯНЕМ В БУДУЩЕЕ
Пустых мест в менделеевской таблице боль­
ше пет. Все они уже заполнены. Все элементы
открыты. Уже создано немало новых, каких
никогда на Земле не бывало. Так, может быть,
все уже сделано? Может быть, могучая идея
Д. И . Менделеева, многие десятки лет руко­
водившая развитием химии, завершила все,
что она могла дать, и д.�я нее остается
только почетная роль повседневной помощни­
цы химиков в их будничной работе? Может быть,
принцип периодичности, на котором основана
естественная система химических элементов,
ограничен только электронной оболочкой ато­
мов? Нет, это неверно.
Когда великий ученый начинал свою работу
над естественной системой химических элемен­
тов, из 92 известны были 63, а о существовании
многих других вообще никто не подозревал.
Сколько же элементов мы знаем теперь?
Сколько изотопов известно для каждого эле­
мента? Сколько различных атомных ядер су­
ществует в природе? Сколько новых создано
человеком?
Мы теперь уже знаем сто четыре элемента.
Есть основания думать, что скоро будут откры­
ты элементы 105 и 106. Нет пи одного элемента,
у которого был бы только один изотоп. Одни эле­
менты состоят из доброго десятка различных
видов атома, у других их меньше. Есть много
элементов, у которых вообще нет устойчивых
изотопов, но нет ни одного элемента, у которого
пе было бы радиоактивных изотопов.
Всего теперь (1965 г. ) уже известно около 1600
различных атомных ядер для 104 элементов.
Сколько же из них создала природа и сколь­
ко создано человеком? Такое сопоставление
приводит к неожиданному и удивительному
результату.
В природе найдено для восьмидесяти девяти
элементов только около 325 различных изотопов.
Совсем еще недавно считалось, что в природе
очень мало неустойчивых радиоактивных изо­
топов.
Было установлено, что семнадцать радиоак­
тивных изотопов принадлежат ряду урана, в
ряде распада тория их одиннадцать, в цепочке

распада урана-235 найдено четырнадцать изото­
пов. Кроме них, в природе были обнаружены
радиоактивные «одиночки»: калий-40, руби­
дий-87 и несколько других.
Было установлено также, что в природе, на
границе с космосом, образуются непрерывно
и непрерывно исчезают углерод-14 и изото п
водорода - тритий.
Вот и все. Все остальные природные изото­
пы - более 275 - считались устойчивыми.
Но за последние годы развитие измеритель­
ной техники привело к неожиданным резуль­
татам. Многие из тех изотопов, которые безус­
ловно считались стабильными, вечными, оказа­
лись в действительности тоже неустойчивыми,
радиоактивными. Таких уже найдено свыше
пятидесяти.
Среди них есть и поистине удивительные:
например, висмут-209 с измеренным периодом
полураспада более 2· 1018 лет (!) или кальций-48,
живущий свыше 1·1018 лет, или изотоп
свинца-204, распадающийся наполовину за
1,4· 1018 лет. По сравнению с такими «мафусаи­
лами», продолжительность жизни которых во
иного раз превышает возраст самого земного
шара, такие изотопы, как железо-58, цинк-64,
платина-192 (живут «всего .11ишь» около 101ь лет),
можно, пожалуй, назвать «короткоживущими» (!).
С точки зрения науки наших дней трудно
уже разграничивать стаби.1
1
ьные и нестабиль­
ные виды атомных ядер. Несомненно, по мере
роста точности и чувствительности измерений
будут обнаруживаться все новые и новые, еще
бо.11ее долгоживущие, но, бесспорно, неустойчи­
вые радиоактивные изотопы. И становится оп­
ра вданным предположение, что, может быть,
вообще не могут существовать абсолютно устой­
чивые, вечные атомные ядра. Всякое вещество
всегда изменчиво.
Итак, в природе немногим более 300 раз­
личных ядер. Но только за три десятилетия,
истекшие с той поры, как были найдены пути
к созданию новых радиоактивных элементов,
человек уже сумел получить свыше 1200 новых
радиоактивных ядер для всех без исключения
элементов.
Будут ли установлены когда-нибудь какие­
либо общие закономерности в тех свойствах
вещества, которые зависят только от атомного
ядра? Это очень большой и принципиально важ­
ный вопрос. От ответа на него зависит в буду­
щем и познание природы человеком. Ответ на
него - это путь к познанию строения атомного
ядра, сегодня во многом еще недоступного. Но
мы уже можем сказать, что это будет сделано.
ВЕЛИКИЙ ЗАКОН
И начало будущего ответа на этот важнейший
вопрос, который решит наука будущего, наме­
чается в периодической таблице атомных ядер.
Посмотрите внимательно на начальную часть
таблицы у стр. 337 которую можно назвать про­
образом периодической таблицы атомных ядер.
Это по существу та же периодическая таблица
Менделеева, во в каждой клетке ее приведены все
атомные ядра, известные для того или иного
элемента. В нее включены все изотопы всех
известных в наши дни элементов - как при­
родные, так и искусственные. Целиком напе­
чатать ее здесь нельзя: она слишком громозд­
ка. Здесь изображено только ее начало - от
водорода до скандия.
Обратите внимание на проходящую посере­
дине таблицы толстую черную линию. Зубча ­
той чертой она соединяет устойчивые изотопы
смежных элементов. Присмотритесь: все ядра,
расположенные под этой чертой, помечены крас­
ным, а над ней они обозначены синим цветом. Эта
черта разде;�яет позитронную и электронную
�-неустойчивости атомных ядер.
Очень много замечательно интересных дан­
ных содержит таблица атомных ядер, но еще
больше она таит в себе. Даже представить себе
трудно, сколько тайн будет открыто и какими
необъятными возможностями эта таблица по­
может овладеть науке!
В таблице атомных ядер четко выражена
одна замечательная закономерность, сразу бро­
сающаяся в глаза. Присмотритесь к таблице
внимательно, и вы сами заметите различие
между четными и нечетными элементами.
У каждого нечетного элемента, начиная со фтора,
только один (иногда два) устойчивый изотоп,
а у всех четных - по нескольку устойчивых
изотопов. Например, у фтора - девятого эле­
мента - один нерадиоактивный изотоп, но зато
у его соседей с обеих сторон (у восьмого - кис­
лорода и десятого - неона) их по три. Эта за­
гадочная закономерность может быть прослеже­
на по всей таблице для всех элементов.
В качестве примера можно выбрать уже зна­
комую нам триаду: железо � кобальт - ни ­
кель. Для четного железа известны четыре
устойчивых изотопа, для четного никеля -
пять, а для нечетного кобальта - только один.
Очевидно, что с закономерностью чередова­
ния устойчивости четных и нечетных ядер свя­
зана и замечательная закономерность распро­
страненности четных и нечетных элементов в
земной коре и во всем мироздании.
Но не надо думать, что этим и ограничивает­
ся периодическая закономерность, проявляю-
343

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
щаяся в таблице атомных ядер. Систематическое
изучение свойств огромного числа стабильных
и радиоактивных ядер всех природных и искус­
ственных изотопов приводит к очень ва жному
выводу, что в атомном ядре существуют энерге­
тические уровни, подобно тому каl\ существуют
энергетические уровни во внешних электрон­
ных оболочках атомов.
Сопоставление самых разнообразных свойств
изотопов, зависящих от атомного ядра, с чис­
лом нейтронов или протонов, входящих в его
состав, приводит к выводу, что в ядрах суще­
ствуют нейтронные и протонные оболочки, что в
строении атомных ядер существуют периоды
так же, каl\ существуют периоды в строении
атомных
'
оболочек. и если электронные оболоч­
ки становятся особенно устойчивыми, когда
они содержат 2 (гелий), 10 (неон), 18 (аргон),
36 (криптон), 54 (ксенон) и 86 (радон) электро­
нов, то внутриядерные нейтронные и протон­
ные оболочки становятся наиболее устойчивыми,
когда в атомных ядрах ('-Одержится 2, 8, 20, 50,
82 и 126 нуnлонов (протонов или нейтронов).
Эти удивительные числа - они недаром полу­
чили название магических чисел - определя­
ют устойчивость атомных ядер и особую перио­
дичность в изменении их физичесю1х свойств.
Изотопы с магическими числами протонов
или нейтронов обладают особенно высо.Rой рас­
пространенностью в природе, элементы с магп­
ческпм числом протонов обладают особенно боль­
шим числом стабильных изотопов. Магические
ядра наиболее устойчивы по отношению к
захвату нейтронов при ядерных реакциях,
они наиболее прочны, подобно тому, как
наиболее прочны атомы благородных газов.
Все четыре цепочки радиоактивного рас­
пада урана, актиния, тория и нептуния закан­
чиваются на магических ядрах: 82
РЬ206
,82
РЬ207
s2pь2os, sзВi2ов.
С первого взгляда может показаться, что
закономерность чередования четных и нечет­
ных элементов нарушена у хлора (17), арго­
на (18) и калия (19). Но это - результат про­
явления «магических)> свойств числа 20. Все
ядра с двадцатью нейтронами устойчивы. Двад­
цать протонов в ядре Са обеспечивают устойчи­
вость шести изотопам.
Изучение таких свойств у атомных ядер,
как магнитные свойства, абсолютная распро­
страненность, дефект массы ядра, энергия
связи,
радиоактивность,
показывает, что
в них наблюдаются периодические измене­
ния, периоды которых обусловлены нали­
чием в некоторых ядрах магического числа
844
протонов или нейтронов. На этих устойчивых
ядрах заканчиваются периоды в таблице атом­
ных ядер, аналогично тому как в таблице хими­
ческих элементов периоды заканчиваются на
устойчивых атомах благородных газов. На на­
чальном участке таблицы атомных ядер наме­
чены три первых магических числа: 2, 8 и 20.
Рано еще говорить, что уже существует
периодическая система атомных ядер, но вели­
кий закон Менделеева о периодичесRой зако­
номерности в свойствах химических элементов
явно оказывается справедливым не только для
внешней электронной оболочки атома, но и для
атомного ядра, так недавно еще недоступного
исследователю. Это уRазывает на то, что возмож�
ности, заключенные в периодическом законе,
неисчерпаемы.
Можно быть уверенны.м, что в ближайшие
годы будет создана периодическая система
атомных ядер, будут всRрыты глубокие зако­
номерности, связывающие свойства ядра с его
количественными хараnтеристиками п с его
строением.
Сегодня периодическая таблица элементов
служит химиRам могучим оружием в борьбе за
создание новых химических веществ с заранее
заданными свойствами, нужными человеку.
Подобно этому периодическая система атом­
ных ядер для химика будущего станет первой
ступенью на пути 1\ осуществлению направ­
ленного синтеза новых элементов с невидан­
ными свойствами - тех, Rоторые будут необхо­
димы человеку будущего.
Глубоко проюшла наука в тайны строения:
вещества. Человек знает, как построен атом и
что происходит в звездах. Одним из наиболее
общих законов познанного стал периодический
заRон химических элементов. Но мир неисчер:.
паем. И снова наука стоит у порога неведо­
мого. Перед человеком открывается новая
беспредельность неизвестного. Новые великие
законы должны быть 11 будут познаны.
Творческий, тяже.11ый и благодарный труд
исследователя, горечь ошибок, радость откры­
тия и неисчерпаемые возможности овладеть но­
выми, неведомыми, могучими силами природы
достаются на вашу долю, читатели Детской
энциклопедии. Будьте к этому готовы.
ХИ1'1ИЯ ВСЕЛЕННОD
Но не ограничиваются ли роль и значение
закона Менделеева только областью химии? Быть
может, он важен 11 нужен только химика м?

Он помогает им познавать химические свой­
ства вещества, дает возможность создаnать
новые соединения с удивительными свойствами.
Но нужен ли он биологам, изучающим жизнь,
и геологам, проникающим в глубь ·земного
шара, и астрономам, открывающим тайны
мироздания? Быть может, он их мало интересует,
чужд им, далек так же, как далеки пробирки
и колбы в лаборатории химика от сияющей на
небосводе звезды? Нет, это не так.
Великий периодический закон имеет гро­
мадное значение в самых различных областях
знания. Совершенно ясно, что периодический за­
кон необходим школьнику, только начинающему
изучать химию. А если седовласый академик
перестал заглядывать в таблицу Менделе­
ева, то это просто потому, Что' он давно ее зна­
ет наизусть.
Химия Зем.J
J
и
Для геологов, исследующих нашу планету,
наиболее важно знать самые общие законы,
определяющие поведение вещества на 'поверх­
ности земной коры, в ее толщах и в глубинах
земного шара. Геолог не может искать вслепую.
Он заранее должен знать, где он может найти
железо, где - уран, где - фосфор, г
·
де-ка­
лий. Он должен знать, какие условия создают
на Земле залежи углерода: где надо искать
уголь, где - графит и где - алмазы. Геологу
нужно знать, какие элементьi сопутствуют друг
другу в земной коре, он должен знать законы
образования совместных месторождений раз­
личных элементов.
В сложных, грандиозных химических про­
цессах, протекавших в земной коре и на ее по­
верхности сотни 11Iиллионов лет, продолжаю­
щихся и в наши дни, сходные своим положе­
ние11I в периодической системе элементы обладают
сходной геохимической судьбой. Это позволяет
геохимикам проследить их движение в зе11Iной
коре и выяснить законы, распределяющие их
на поверхности Земли.
Геохимическое поведение различных эле­
ментов определяется прежде всего строением
внешних электронных оболочек в их атомах,
размерами атомов· и соответствующих ионов.
Элементы с завершенными внешни11Iи электрон­
ными оболочками (благородные газы) су­
ществуют только в атмосфере; они не вступают
в природных условиях в химические соеди­
нения. Даже гелий и радон, образующиеся
при радиоактивном распаде, не захватыва­
ются полностью горными породами, а непре-
ВЕЛИКИИ 3АКОН
рывно поступают из них в атмосферу. Редкие
земли, стоящие в одной клетке таблицы, встре­
чаются в природе почти всегда вместе. В
одних и тех же рудах всегда присутствуют
совместно и цирконий, и гафний.
Геологи хорошо знают, что осмий и ири­
дий нужно искать там же, где и платину.
В периодической таблице Менделеева они стоят
вместе в восьмой группе и так же неразлучны
в природе. Месторождения никеля и кобальта
сопутствуют железу, и в таблице они в одной
группе и в одном периоде.
Основная толща земной коры состоит из
немногих минералов; все это - химические
соединения элементов, расположенных глав­
ным образом в ко�отких периодах и в начале
и в конце каждого из длинных периодов табли­
цы. Причем преобладают среди них легкие эле­
менты с малыми порядковыми чис.�тами. Эти
элементы составляют основную массу силикат­
ных горных пород.
Элементы, стоящие в периодической систе­
ме в середине длинных периодов, образуют
рудные, чаще всего сульфидные, 11
1
есторожде-
Соотношение содержания железа, кобальта и 1шкеля на Земле
(слеаа) и в метеоритах (справа) почти одинаковое.
343

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
ния. Многие из этих элементов встречаются ча­
сто и в самородном состоянии.
И распространенность и геохимическое по­
ведение элемента (его миграция в земной ко­
ре) определяются его положением в периоди­
ческой системе. Распространенность зависит от
строения атомного ядра. Геохимическое пове­
дение - от строения электронной оболочки.
Поэтому периодическая система элементов
необходима геохимику. Без нее не могла бы
возникнуть и развиваться геохимия. Эта на ука
устанавливает общие закономерности во взаим­
ном сосуществовании химических элементов в
горных породах и рудах. Она дает возможность
геологу находить в толще земной коры место­
рождения полезных ископаемых.
Период ический закон Менделеева - надежный
и испытанный компас геох имика и геолога, ,Раз­
ведчиков тайн подземного царства.
Хнини метеоритов ·
Точнейшие химические анализы огромного
числа метеоритов, упавших на нашу планету,
дали замечательные результаты. Если подсчи­
тать среднее содержание в метеоритах наиболее
распространенных на Земле элементов: железа,
кислорода, кремния, магния, алюминия, каль­
ция, то окажется, что на их долю приходится
около 94%, содержание этих же элементов в
составе земного шара точно такое же.
Среди различных метеоритов, падающих на
Землю, много железных. В этих метеоритах:
железа
кобальта
никеля
(элемент No 26) - 91,0%,
(элемент No 27) - 0,6%,
(элемент No 28) - 8,4%.
Эти же элементы распространены на земном
шаре в таком соотношении:
железа - 92,0 % ,
кобальта - О,5%,
никеля
7,5%.
(За 100% здесь принята су мма этих элементов. )
И на Земле, и в метеоритах эти три элемен­
та находятся приблизительно в одинаковых
соотношениях. Таких совпадений можно при­
вести очень много. Вещество на Земле и вещество
в небесном пространстве одинаково, оно состоит
из одних и тех же элементов в одних и тех же
приблизительно соотношениях.
Даже изотопный состав элементов в метео­
ритах 11 на Земле почти одинаков. Неоднократно
846
определялся изотопный состав серы, добытой
из пепла и лавы вулканов, расположенных в раз­
ных частях земного шара. Сера на Земле повсю­
ду одинакова. Везде отношение между стабиль­
ными изотопами (сера-32 и сера-34) равно 22,2.
Изотопный состав серы в метеоритах, пока
единственных представителей космоса, доступ­
ных прямому анализу, совершенно такой же:
22,2. Такое же сходство в изотопном составе
можно обнаружить и для других элементов.
Химические соединения, которые химики об­
наруживают в метеоритах, обычны и на Земле.
Самое удивительное в этом, пожалуй, то,
что ни одному ученому и в голову не придет
удивляться по этому поводу. Химия любого
элемента повсюду едина, иначе и быть не мо­
жет. Все эти совпадения не могут быть случай­
ными.
Откуда бы ни прилетели к нам на Землю
случайные гости из Вселенной - быть может,
это части комет, принадлежащих солнечной
системе; быть может, это обломки малых пла­
нет; быть может, это вестники из чужого звезд­
ного мира, - важно одно: химическим соста­
вом, соотношением между элементами, изотоп­
ным составом, химическими соединениями, ко­
торые были найдены в метеоритах, -всем этим
они сообщают нам, что действие великого за­
кона Менделеева не ограничиваете.я пред�лами
нашей планеты. Он справедлив для всей Все­
ленной, где существуют атомы с их электрон­
ной оболочкой. Материя всюду едина.
Химия по1
1
анет
Своеобразна химия больших планет. Пока
еще она очень мало изучена.
Юпитер - самая большая планета солнеч­
ной системы. Химическим составом он похож
на Солнце. Он почти целиком состоит из водоро­
да, на долю гелия приходится только 10 % , а
на все остальные элементы - не более 5 % .
Это мир страшного холода, вечных бурь в ат­
мосфере метана и аммиака, мир непрерывных
гроз чудовищной силы. Радиоволны от молний
на Юпитере достигают Земли. Эти условия и
определяют странную химию Юпитера. Ее уда­
лось разгадать совсем недавно.
Химики воспроизвели в своих приборах ус­
ловия, царящие на поверхности Юпитера: низ­
кую температуру до -140°Ц, мощные электро­
разряды. Оказалось, что при этом в метане и
аммиаке образуются ярко окрашенные соеди­
нения, неустойчивые в земных условиях: сво-

бодные радикалы- ненасыщенные производные
метана и радикалы кислородных соединений
азота.
Так была объяснена загадка - цветные обла­
ка в атмосфере Юпитера. По-видимому, этим же
мо жно объяснить и красное пятно на поверх­
ности Юпитера. Оно больше, чем все материки
на Земле, и состоит, вероятно, из свободных
радикалов - обычной формы существования ве­
щества на этой планете.
В недрах Юпитера больше всего атомарного
водорода в свободном состоянии. В централь­
ных областях планеты, при очень высоких дав­
лениях, он образует фазу неведомого в земных
условиях металлического водорода.
Вторая по величине планета - Сатурн. Ус­
лов ия существ ов ания на нем химических сое­
динений, вероятно, сходны с условиями на Юпи­
тере. На Сатурне также обнаружен метан.
В его атмосфере плавают облака, состоящие
из замерзшего аммиака и воды. Предполагают,
что и кольца Сатурна состоят из кристалликов
замерзшей воды. Химия Юпитера и Сатурна -
это, по-видимому, химия свободных радика­
лов и свободных атомов.
Марс больше, чем остальные планеты, по­
хож на Землю. В его атмосфере обнаружен азот
с примесью аргона, есть угле1шслота. Многие
ученые уверены, что на Марсе есть вода. Пока
еще не удалось установить, есть ли на нем св о­
бодный кислород, но зато найдены признаки
окислов азота.
Другая соседка Земли, планета Венера, еще
более загадоч на. В ее атмосфере обнаружена
пока только углекислота, есть признаки при­
сутствия молекулярного азота, как будто бы
есть и вода, но тв ердо это еще не доказано.
Все соединения и свободные радикалы, най­
денные астрофизиками на планетах солнечной
системы, - метан (СН4), аммиак (NH3), угле­
кислый газ (СО2), окислы а зота (NO, N02),
молекулярный азот (N2), молекулярный во­
дород (Н2) и другие соединения, включая
свободные радикалы, - все они наиболее ха­
рактерны для элементов углерода, азота, водо­
рода, кислорода в соответствии с их положе­
нием в менделеевской таблице.
ВЕЛИКИЙ ЗАКОН
Хииия Со.Jiнца
Трудно даже вообразить, что челов ек может
изучить химию Солнца. Но наука сумела мно­
гое сделать: мы зна ем теперь химический состав
Солнца, знаем (и знаем уже немало) о грандиоз­
ных процессах- источниках солнечной энергии.
С помощью спектрального анализа было
найдено на Солнце более шестидесяти элементов
периодической системы Менделеева. Наверное,
будут найдены и остальные.
Определены даже количественные соотно­
шения между химическими элементами на Солн­
це. Оказалось, что Солнце - это мир раскален­
ного водорода. Водородных атомов там почти в
пять раз больше, чем атомов гелия, и в тысячу
раз больше, чем атомов всех остальных элемен­
тов, вместе взятых.
Среди других элементов на Солнце преоб­
ладают углерод, кислород и азот. Немало там
и магния, алюминия, кремния, серы, желе­
за. В меньшем количеств е присутствуют калий,
кальций, натрий, св инец и другие. Обнаружено
даже несколько представителей редких земель;
можно быть уверенным, что будут найдены и ос­
тальные. Как и повсюду в мироздании, на Солнце
преобJiадают легкие элементы, с малыми атом­
ными номерами. Кроме того, как правило,
элементов с четными порядковыми номерами на
Со лнце значительно больше, чем их со седей по
периодической табл ице с нечетными номерами.
Мало того, если не считать водорода и ге­
лия, занимающих в мироздании вообще осо­
бое положение, то на
_
блюдается замечательное
соответств ие между относительным содержа­
нием остальных элементов на Солнце и в ка­
менных метеорита х (см. табл. у стр. 337).
О'бнаружены на Солнце и простейшие хими­
ческие соединения, молекулы которых способ­
ны выдержать очень высокую температуру.
Это не какие-нибудь особые, «солнечные>) сое­
динения - нет, химики умеют их получать и
исследовать на Земле. Это простейшие радика­
лы: СН, ОН, NH, СаН, SiH, CN. Более слож­
ные молекулы, вероятно, не могут существ о­
вать на Солнце.
Первое приие11е11ие спектра.Jiьного aнa.JiюJa
1
Знаменитый буржуазный философ
О. Конт пытался доказать ученым всю
безнадежность попыток узнать, из
чеrо состоят небесные тела - опре­
делить их химический состав.
Ученые Кирхrоф и Бунзен, открыв­
шие спектральный метод анализа,
очень убедительно показали всю несо­
стоятельность пессимистическоrо ут­
верждения философа-идеалиста. С по-
мощью качественного спектральноrо
анализа они определили для 'начала со
сравнительно небольшого расстояния
(в несколько десятков километров)
состав праздничноrо фейерверка.
347

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
С точки зрения старой химии, имеющей дело
только с электроннымп оболочками атома, химия
Солнца, по-видимому, очень проста. Но на
Солнце протекают процессы ядерной хи1111ш, и
в очень грандиозных масштабах.
Периодический закон Менделеева помогает
разобраться в том, что происходит на Солнце
(п, нонечно, на звездах , похожих на наше Солнце)
11 какие превращения испытывают на Солнце
атомные ядра. В его недрах, при немыслимо вы­
соких температурах 11 давлении, атомы элемен­
тов теряют почти все свои электроны. В
условиях сжатого до огромной плотности газа,
состоящего главным образом из протонов и
электронов, ядер гелия и относительно неболь­
шой примеси ядер 11 ионов других элементов,
протоны могут вступать между собой и с ядрами
других элементов в ядерно-химические реакцин.
Солнце - это мир водорода. Ядра осталь­
ных элементов окружены со всех сторон прото­
нами (ядрами водорода) и могут стаJшиваться
почти исключительно лпшь ·с протонами. Другие
столкновения происходят значительно реже. Если
скорости и энергия сталкивающпхся атом­
ных ядер достаточно велики, то при столкно­
uении оба ядра сливаются и возникает новый
:>Лемент.
На Солнце протеnает очень много различ­
ных ядерных реакций. Далеко не все они
хорошо изучены, о многих из них мы еще и
пе подозреваем.
Одна из известных нам ядерных реаnций на
Солнце имеет особое значение. Она определяет
природу Солнца. Это реакция образования ге­
JJ ИЯ из водорода. Она протекает различными
путями. Протоны могут соединяться непосред­
ственно друг с другом. При этом образуются
ядра дейтерия (тяже:1ый изотоп водорода) и ге­
JIИя-3 (легк ий нзотоп гелия). Реаг пруя с про­
тонами, они образуют ядра гелпя-4 .
Но еще интереснее п важнее сложная ядер­
ная наталитическая реакция - синтез гелия из
uодорода на углеродных атомах. Эта реакция
нротекает не сразу, а в несколько ступеней .
Катализатором в этой солнечной реа кцпп слу­
жит углерод, точнее, его наиболее распро­
страненный ИЗОТОП С12, ТОТ самый, I\ОТОрОГО
больше всего и на Земле.
Первая стадия реакции - соединение ядер
водорода с ядрами изотопа углерод-12. При этом
возниnает атомное ядро с семью положительны­
ми зарядами: у углерода их шесть, а с протоном
добавляется еще один. Возникает атом нового
элемента, ядро которого обладает семью заря­
дами, а атомный вес увеличивает ся на единицу.
348
С таким атомным ядром ученые знакомы; на
Земле его нет, но они уже умеют получать его
искусственно.
Согласно правилу сдвига, элемент при уве­
личении заряда ядра на единицу превращается
в другой, занимающий в таблице Менделеева
следующую по порядку клетку. Углерод-12,
зах ватив протон, превращается в азот - в ра­
диоактивный изотоп азота N13 (рис. 21). Пери­
од его жизни невелик : за 10 минут он распада­
ется наполовину. Выбрасывая позптрон и ней­
трино, тяжелый азот превращается снова в тя­
желый изотоп углерода-С13 (рис. 22). Не нуж­
но думать, что это какой-то особенный «сол ­
нечный» углерод. Его много и на Земде: в
земном угдероде изотопа С13 око.1
1
0 одного
процента.
Образовавшееся ядро тяжелого углерода С13,
подвергаясь новым ударам протонов, может
слиться с тем из них, который обладает доста­
точно большой энергией. При этом, как сде­
дует из периодического зю.;она, возник ает
ядро азота (рис. 23), но уже с большим атом-
R верхней 'Чacmtt таблицы показано распо.1оженио
электроииых оболочек в атомах элем ентов , на ходя ­
щихся в начале пср11одической с11стемы. Обрат11те
вниман11е, что общее число электронов соответствует
по рядко вому номеру элемента , а число элс�;троноn
внешней , валентной оболочк11 равно ном«>ру груп­
пы, в которой наход11тся злемент {внсшняя обо.1оч­
ка - красная окр)•жность) . У атомов г«>л11я, Нl'она
и аргона внешние электронн ые обо.1очки устоiiч11вы .
Так же устойч11 вы о н11 11 у всех э.1ементоn, вход ящих
в эту группу.
НиЖ'е изображено строение атомов трех элемснтов ­
железа , кобальта и никеля , распо.1оженных в сt>ре-
дине длинного четвертого периода. Внешн11е эл ек­
тронные оболочки у них одинаковы : на них по два
электрона. Поэтому химические евоiiства этих э.1е­
ментов очень близки друг другу. Но в хшшч..
.
сю1х ре­
акциях у зтих элементов могут принимать )·част11с
и электроны , находящиеся на бо.1ее глубокой обо­
.1очке. Она у них еще недоетрое11а , на нeii МОЖ<'Т на­
ходнтьея самое большее 10 электронов , а на внt>ш-
неii - 8 . Обе эти оболочк11 запо.1ня ютея то.1ько у
36-го элемента - б.1аrородного газа крипто11а. Лri
""""'"•"' pttcyuuaж (на желтом фоне) изображ ено
строение атомов аргона , калия 11 молеку.1 ы поварен-
ной соли. Атом арrона обладает тремя до предела
заполненными электро1ш ым11 оболочками. На внут- ..
..
.
ренней - гелиевой -2 электрона. Средняя обо.1очка
сходна е внешней оболочкой неона. На срсдней 11
внешней оболочках по 8 электро11о а. Вее тр11 обо­
лочки очень прочны; их трудно разрушить. Со всем
по -другому построены электронные оболочю1 ка-
л11я. На внешней оболочке у него то.1ько о;щн э.1е­
ктрон , ко торый очень слабо связан е атомом н .1 t>гко
может оторваться даже пр11 с.1абых воздеtiст1111ях.
Образовавшийся при этом положительный 11он ка-
.�ия очень прочен , он построен так же , как атом б.1а­
городного газа. Rииау на желтом фоне изображt·на
схема химической реакции между натрием 11 хдором.
Атом натрия легко теряет свой единственный ва.1t>нт-
ный электро н. И зтот электрон захватывается ато-
мом хлора, на внешнеi't оболочке которого не�остаст
одного электрона. Образуются д ва иона : полож11Тt'.1ь-
ный - натр11 я и отрицательный - хлора. Оба они
сходны е атомами благородных газов. Возникающие
между ним11 огромные с11лы злектр11•1t>екого пр11тя­
жения обуело вл11вают бо.1ьшую прочность мо.1t•К)'.1Ы
поваренной сол11 .

.н\
\
-\+-
--
-t-
--
--i-
--
--+-
-
B'� С7
о9
\
8-х-
Al14 St15
р16
.
817
в6
Al14St15
р16
s17
ВЕШIКИЙ ЗАКОН
�н
-\+
'
-- --+-- --t----\
1
__
Вz,6С7Nвоз
\
-�
Al\14Si.15 р16s
17
Р11с. 21.
Рис. 22.
Р11с. 23.
ным весом: на этот раз возникает самый обычный
азот N 14, который содержится в атмосфере
Зе111Jiи и который мы вдыхаем вмес те с кислородом.
Накие бы э.'Iементы ни возникали на Со.'Iн­
це в цепи ядерно-химических превращений,
ю:1.кие бы элементы там ни существовали, их
судьба предопределена: они снова и снова
до.'Iжны участвовать в протонных превраще­
ниях. Такова же судьба и изотопа азота N14:
его ядра будут реагировать с ядрами водорода.
При их соединении, согласно правилу сдвига,
доJJа-;но возникнуть ядро легкого кислорода
015 (рис. 24). Такого изотопа на Земле нет,
но физики умеют его получать и хорошо изу­
чили его свойства. Он радиоактивен и исче­
зает в короткое время. При распаде этот изо­
топ испускает позитрон и нейтрино и уже
в третий раз превращается в азот, в тяжелый
изотоп азота - N15 (рис. 25). Он стабилен,
хорошо известен и в небольшом количестве
всегда присутствует в обычном земном азоте.
в6с
7
Al14St15р16
s17
Al14 S115
На Солнце в это атомное ядро снова внед­
ряется протон, и тут ядро N 15 сразу распада­
ется, выбрасывая а-частицу (ядро атома гелия),
и превращается в ядро обычно1·0 углерода С12
(рис. 26), с которого началась эта удпвите.'Iьная
цепь последовательных ядерных превращений.
Итак, на Солнце атомное ядро углерода в
результате четырех последовательных ядерных
реакций с протонами, трижды превратившись
в азот, один раз - в тяжелый углерод, один
раз - в кислород, выбросив по дороге два по­
зитрона, потеряв две загадочные частицы -
нейтрино, превращается в конце концов в тот
же самый изотоп углерода С12 и а-частицу.
В результате углерод остался таким же,
каким он и был. Но исчезли четыре водородных
ядра, и возникло ядро гелия. Оно сформиро­
валось на углеродном атомном ядре, которое
осталось без изменений, послужив ядерным ка­
тализатором в ядерно-химической реакции - в
синтезе гелия из водорода. Таким образом, во-
р16
s17
AI14 St15 р.16
1 s17
Рис. 24.
Рис. 25.
Рис. 26.
Таблица х cmam-.
.
e (<Ве.л.ипий aa'l<(OH•>
Г.�убоко в недрах Солнца температура достигает
20 ООО 000°. При такой температуре протекают ядер·
но-химические реакции между водородом (протона­
ми) и углеродом, азотом и кислородом. На таблице
изображен цикл зтих реакций и указаны сдвиги
элементов в периодической системе, происходящие
при зтих реакциях. Этот цикл замкнутый. В его ре·
зультате образуются атом гелия и 4 атома водорода.
При зтом выделяется солнечная энергия.
дород на Солнце - топливо, а гелий - зола,
отбросы.
Долго, невообразимо долго продолжается
этот замечательный ядерный цикл реакций:
должно пройти почти 5 млн. лет, пока атом
углерода после всех последовательных превра­
щений станет снова атомом углерода. Ведь да-
340
•
111

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
леко не каждое соударение с протоном ведет к
реакции. Требу ются миллионы лет, чтобы среди
бесчисленного множества столкновений ядер
углерода с протонами произошло столкновение
с таким быстрым протоном, энергия которого
так велика, что он способен проникнуть в малень­
кую неприступную крепость - атомное ядро.
Но и с такой скоростью (за 5 млн. лет одно
пол ное превра щение) эта реакция может идти
только при температуре не ниже 20 млн. гра­
дусов. Температура же на поверхности Солнца
не превышает 6000°. Это означает, что тайна
Солнца скрыта в его недрах, в его централь­
ных областях, где, :как рассчитывают ученые,
царят чудовищно высокие температуры, близ­
кие к 20 млн. градусов.
Не нужно думать, что все только что изло­
женное - это лишь предположение ученых.
Физики уже сумели повторить в лабораториях
все стадии солнечного ядерно-химического про­
цесса. Ученым не нужно Ждать миллионы лет,
чтобы осуществить самую медленную стадию
этого ци:кла. В ускорителях получают прото­
ны с та:кой большой энергией, которая превы­
шает их возможную энергию при 20 млн. гра­
дусов на Солнце.
Спектрос:кописты сумели определить, сколь­
ко углерода на Солнце. Они измерили, сколько
в нем тяжелого изотопа С13• Физики рассчита­
ли с:корость этой реа:кции, нашли, сколь:ко
энергии выделяется при каждом полном ци:кле.
Астрономы измерили массу солнечного шара,
рассчитали температуры в его глубинах.
В результате большой общей работы было
найдено, что при 20 млн. градусов и при том
количестве изотопа С13, какое было найдено
на Солнце, должно возникать ровно столько
энергии, сколько ее излу чает Солнце.
Посмотрите на солнышко, как много чу­
десного рассказали ученым его ласковые лучи,
Соо1
1
11це-ядерпыn реактор
в которых вы греетесь и загораете летом, о
таинственных и загадочных процессах, проте­
кающих за миллионы километров от нашей Зем­
ли. Но еще не все понятно, не все изучено. Мно­
гое и многое остается на вашу долю, юные чи­
татели Детской энциклопедии.
Межзвездное пространство
Еще не так давно в науке допускалось, что
межзвездное пространство представляет собой
пустоту. Все вещество Вселенной сосредоточе­
но в звездах, а между ними нет ничего. Лишь в
пределах солнечной системы где-то по неведо­
мым путям блуждают метеориты и их загадоч­
ные собратья - кометы.
Удивительно сложны и неожиданны пути
зарождения одной из наук будущего - химии
космического пространства. В глухие и стра ш­
ные годы фашистской оккупации в малень:ком
голландском городке Лейдене на тайном собра­
нии подпольного научного кружка юный сту­
дент Ван де Холст . сделал доклад. Исходя из
теории строения атома (которая, ка:к мы уже
знаем, была развита наукой на основе периоди­
ческого закона Менделеева), он рассчитал, кю.;о­
ва должна быть самая длинная волна в спе:ктре
из.лучения водо рода. По его расчету, оказалось,
что длина этой волны 21 см. Она относится
к :коротким радиоволнам. В отличие от хо­
рошо изученного видимого спектра, излучае ­
мого рас:каленным водородом, его радиоиз.т�:у­
чение может происходить и при низких тем­
пературах.
Ван де Холст рассчитал, что на Земле тю.;ое
излучение в атоме водорода маловероятно.
Нужно ждать много миллионов лет, пока в
атоме водорода произойдет перемещение элеи­
ронов, которое сопровождается излучением ра­
диоволн длиной 21 см.
Может возникнуть вопрос: хоро­
ший пи с точки зрения техники наших
дней ядерный реактор - Сопицс?
Но какое в этом может быть сом­
нение?
каждую секунду уменьшается на
4,3 мпи. тони!!
массы? Какова его удепьная мощ­
ность? Массу Сопица астрономы суме­
пи измерить очень точно: она равна
1,991· 1030 "'• ипн 1,99 1· 10" тони. Из
этого спедует, что удспьная мощность
Сопица очень иевепика, она состав.:�яет
330
Давайте посчитаем ... Основной ис­
точник эиерrии на Сопице - термо­
ядерная реакция: синтез rепия из
водорода. Гпавным образом за счет
этой реакции оно каждую секунду
изпучает
в мировое пространство
3,86· 1028 дж.
топько дпя того чтобы поддержать
этот расход энергии, масса Сопица
Из этой невообразимо чудовищ­
ной по земным масштабам эиерrии
и до нас доходит иемапо: у границ
земной атмосферы на каждый квад­
ратный сантиметр приходится в секун­
ду эиерг11я О, 1' дж. Это составпяет две
капори11 в минуту на 1 см•. Прикиньте
еами, скопько приходится на весь наш
земной шар! Неппохой ведь, кажется,
реактор! Верно?
Скопько же эисрrии выдепяется
на Сопнце в расчете на единицу его
вссrо
3•86.16"
= 1,94·1о-•
i!ж
1,9111·11121
... .. """
на каждый rрамм сопнсчиой массы.
таким образом, удепьная мощность
Сопица равна всеrо-навсеrо прибп11зи­
тепьио 0,2 вт на тонну! Пожа.1уй,
Сопнце нс очень эффективный источ­
ник энергии.

В своем до:кладе молодой ученый сделал
предположение: если в безграничном мировом
пространстве присутствует водород, можно
надеяться обнаружить его по излучению на вол­
не 21 см. Это предс:казание оправдалось. О:ка­
залось, что из необъятных глубин Вселенной :к
нам на Землю всегда, не пре:кращаясь ни ночью
ни днем, приходят на волне 21 см порази-
тельные рад иосообщения о тайнах мироздания,
:которые, :как неведомый диктор, рассказывает
нам межзвезд ный водород.
Волна в 21см мчится :к нашей планете из столь
отдаленных уголков Вселенной, что требуются
тысячи и миллионы лет, по:ка она дойдет до
антенн радиотелескопов. Она расс:казала уче­
ным, что в :космосе нет пустоты, что в нем суще­
ствуют невидимые глазу обла:ка :космичес:кого
водорода, :которые простираются от одной звезд­
ной системы :к другой. О:казалось возможным
даже определить протяженность и форму этих
скоплений водорода. Для волны в 21 см в мировом
пространстве нет преград. Даже черные, непро­
ницаемые обла:ка :космической пыли, с:крывающие
от взора исследователя огромные области Млеч­
ного Пути, совершенно прозрачны для холод­
ного излучения водорода. И эти волны помогают
теперь ученым понять природу вещества, из
:которого построены далекие звезды не только
Млечного Пути, но и самых отдаленных туман­
ностей, лежащих на самом :краю доступной нам
части Вселенной.
Необъятные звездные миры, разобщенные
чудовищными расстояниями в пустом безгранич­
ном пространстве, теперь о:казываются связан­
ными в единое целое гигантскими водородны­
ми облаками. Трудно проследить преемствен­
ность в развитии научных идей, но, несомненно,
что есть прямая и непрерывная связь между
смелым предс:казанием юного голландс:кого
студента и определившей в нау:ке эпоху вели:кой
идеей Менделеева.
Безграничное мировое пространство нельзя
считать пустым. Теперь уже, :кроме водорода,
в нем найдено очень много других элементов.
Химия :космоса очень своеобразна. Это -
химия сверхвысо:кого вакуума. Средняя шют­
ность вещества в пространстве всего только
10-2.i г/см3• Та:кой ва:куум по:ка нельзя создать
в лабораториях физиков. Важнейшую роль в
химии :космичес:кого пространства играет атомар­
ный водород. Следующий по распространенно­
сти - это гелий, его раз в десять меньше;
найдены уже :кислород, неон, азот, углерод, :крем­
ний - их в :космичес:ком пространстве ничтож­
но мало.
В ЕЛИКИП ЗАКОН
Остальные элементы по:ка трудно опреде­
лимы. Большая часть элементов в межзвезд­
ном пространстве находится в виде атомов. Но
уже обнаружены и химические соединения. Это
простейшие радикалы; найден радикал СН, есть
признаки, у:казывающие на присутствие в кос­
мосе гидроксила. Это особенно интересно: где
есть гидро:ксил, там может быть и вода, а где
вода - там возможна жизнь.
Выяснилось, что роль межзвездного веще­
ства в мироздании огромна. На его долю при­
ходится, по
:
крайней мере в пределах нашей
Галактики, почти половина всего вещества,
остальная часть находится в звездах. Есть
основания считать, что состав вещества в :кос­
мичес:ком пространстве сходен со звездным ве­
ществом.
На наших глазах зарождается новая нау:ка.
Трудно предвидеть пути ее развития и пред­
с:казать, :к :ка:ким удивительным открытиям
приведет эта наука - :космическая химия.
Хииия авеа,1
1;
В недрах звезд, при немыслимых для Земли
условиях, при температурах в сотни миллионов
градусов и непостижимо огромных давлениях,
протекает множество разнообразных ядерно­
химичес:ких реа:кций.
В наши дни уже существует обширная об­
ласть нау:ки: увлекательная химия недост уп­
ного - ядерная астрохимия. Она выясняет важ­
нейшие для всей нау.ю1 вопросы: :как обра:ю­
вались во Вселенной элементы, где и :какие
элементы возникают, :ка:кова их судьба в веч­
ном развитии мироздания.
Методы этой нау:ки необычны. Она поль­
зуется и наблюдением - изучает с помощью
спектрос:копии состав звездных атмосфер, и
э:кспериментом - исследует реа:кции быстрых
частиц в земных ус:корите.11ях . Теоретичес:кие
расчеты позволяют ученым заглянуть в недра
звезд, где уже открыто немало интересного
и :кроется много загадочного.
Выяснено, например, что в центральных
областях звезд, при сверхвысоких температурах
и давлениях, где скорость «выгорания» водорода
особенно вели:ка, где количество его мало, а
содержание гелия ве лико, возможны реакции
между ядрами гелия. Там рожда ются загадоч­
ные ядра беришшя-8 (на Земле они совсем не
могут существовать»), там возникают и самые
прочные ядра: углерод- 12, :кислород-16, неон-20
и другие ядра «гелиевого» цикла.
351

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТР ОЕНО
Найдены в звездах и такие ядерно-химиче­
ские реакции, при которых возникают нейтро­
ны. А уж если есть нейтроны, то можно понять,
:ка:ким путем появляются в звездах и почти
все остальные элементы.
Но очень много загадок стоит еще перед
наукой на этом пути. Непостижимо огромно
:многообразие звезд во Вселенной.
Вероятно, во всех доступных нашему наблю­
дению звездах преобладает водород, но содер­
жанием других элементов звезды очень сильно
различаются: в некоторых звездах обнаружено
такое высокое содержание отдельных элементов
по сравне нию с об ычными зве здами, что их даже
так и принято называть в астрономии: «магние­
вые», «кремниевые», «железные», «стронциевые)),
«углеродные» звезды. Недавно обнаружены даже
«литиевые» и «фосфорные» звезды. Эти таюtст­
венные различия в составах звезд еще ждут
объяснения.
Удалось проследить ч: удивительные механиз­
мы образования новых ядер. Оказывается, что
не только благодаря сверхвысоким темпера­
турам ядра обладают настолько высокой энер­
гией,что способны преодолевать электростатиче­
ское отталкивание и реагировать между собой.
Очень многие элементы таким путем вообще не
могли бы образоваться.
Дейтерий, литий, бериллий, бор при вы­
сокой температуре, существующей внутри звезд,
очень быстро реагируют с водородом и мгно­
венно разрушаются. Эти элементы в мирозда­
нии «варятся» в холодных «КУХНЯХ>�, возможно,
на поверхностях звезд в звездных атмосферах,
где возникают мощные электрические и ма­
гнитные поля, ускоряющие частицы до сверх­
высоких энергий.
Звездные «фабрики», где создаются элементы,
ставят перед учеными странные загадки, свя­
занные с таинственными частицами нейтрино.
Ученые начинают подозревать, что роль этих
неуловимых частичеи-призраков далеко не так
безразлична, :как это :казалось совсем не­
давно. Выяснилось, что возможны такие
ядерно-химические процессы, при :которых
большая часть энергии, образующейся в звез­
де, уносится не в виде излучения, а толь­
ко с нейтрино.
Но для звезды это означает :катастрофу.
Звезда существует в состоянии равновесия
благодаря давлению звездного газа и светово­
му давлению, :которые уравновешивают силы
тяготения. Если же энергия начинает уносить­
ся из внутренности звезды только с нейтрино,
:которые пронизывают толщи звездных тел без
362
сопротивления, со скоростью света, то звезда
больше не может, поддерживать изнутри све­
товым давлением, она мгновенно будет сжата
силами травитационного притяжения.
Быть может
·
,
та
:
к и образуются пока не­
постижимые звезды - «белые :карлики», плот­
ность вещества в которых может достигать
многих тысяч тонн на 1 см3• Быть может,
такие процессы дают начало и тем гигантским
катастрофам, при которых рождаются Сверх­
новые звезды.
Но нет сомнения, что и эта одна из ве ли­
чайших тайн природы будет разгадана. Мы
узнаем и тайну запасов водорода в звездах
и в мировом пространстве, будут найдены про­
цессы, ведущие к его образованию и к образо­
ванию «молодых» водородных звезд.
Вопрос о появлении сверхновых звезд в ми­
роздании исключительно важен. Должна быть
решена загадка, как рождается такое колос­
сальное 1юличество энергии, которое способно
разметать звезду и превратить ее в туманность.
Именно это произошло, например, в 1054 г.
В созвездии Тельца вспыхнула сверхновая звез­
да и, затухая, превратилась в Крабовидную
туманность.
В наше время эта туманность уже про­
стирается на сотни триллионов километров.
Самое интересное - это то, что вспышка сверхно­
вой звезды, постепенно угасая, теряет свою
яркость так, как если бы она состояла из изо­
топа калифорния-254. Его период полураспада-
55 суток - точно совпадает с периодом умень­
шения яркости сверхновых звезд (см. ст . «Рож­
дение, жизнь и смерть химических элементов•>).
Но, пожалуй, главная задача астрохимии -
выяснить, как возникает во Вселенной водород.
Ведь в бесчисленном множестве звездных миров
происходит непрерывное уничтожение водорода,
и его общие запасы во Вселенной должны
убывать.
И многие ученые на Западе пришли к
тяжелому и мрачному выводу о «водородной
смерти» Вселенной.
Они считают, что во Вселенной одна за
другой гаснут звезды, исчерпавшие свои запа­
сы водорода. И эти ранее ярко сиявшие свети­
ла одно за другим превращаются в холодные
мертвые миры, которым суждено вечно носить­
ся в космическом пространстве.
Мрачный вывод о «водородной смерти» Все­
ленной логически порочен и неверен. Он опро­
вергается опытными фактами, достижениями
науки наших дней - химии Вселенной.
Чудесные достижения нау1ш, познакомив-

шие нас с тайнами недоступных звезд, с их
составом, с их природой, с таинственными
процессами, происходящими в их недрах, ос­
нованы на знаниях природы атома, его строе­
ния. Эти знания воплощены в великом периоди­
ческом законе Менделеева. Но не следует
думать, что периодический закон навсегда ос­
танется застывшим и неизменным. Нет, он и
сам развивается, включая в себя все большее
НЕОБЫЧАИНЬIЕ АТОМЫ
и большее содержание, все глубже и точнее
отражая истину законов природы.
Закон периодичности свойствен и строению
атомных ядер. Это позволяет надеяться на
окончательное решение об относительной устой­
чивости элементов в мире и о составе всех
небесных тел.
Очень много работы вам предстоит, молодые
наследники великого Менделеева.
•
НЕОБЫЧАЙНЫЕ АТОМЫ
Великий закон природы - периодический закон
Менделеева - привел науку к раскрытию многих тайн ,
к разгадке многих за гадок о строении вещества .
Мы .теперь знаем, что все элементы, где бы они
ни существ овали - на Земле, на далеких планетах
или на недос ягаемых звездах,- все они пост роены
по единому пла ну: вокруг тяжелого положительн о
заряженного ядра , состоящего из протонов и нейтро­
нов , вращаются легкие электроны . Число зарядов ядра ,
равное числу электронов , определяет химическую при­
роду элемента .
В начале пери одическ ой таблицы на первом месте
стоит водород. Его атом наиболее прост - один про­
тон и один электрон .
А могут ли быть атомы легче водорода? Во всех
ли атомах вокруг ядра вращаются электроны? Воз­
можны ли атомы без положительн ого ядра? Суще­
ствуют ли атомы без электронов? Совсем еще недав­
но подобные вопросы звучали бы просто нелепо. Но
в последние годы фи зики обна ружили. что сущест­
вуют весьма странные «атомы» . Правда , их жизнь очен ь
коротка. Они рождаются в созданных чел овеком
уск орительных установках, возникают при распаде
искусственных радиоактивных изотопов. Много еще
аагадочн ого в этих таинств енных частицах, и много
а1адежд связывает наука с полной разгадкой их тайны .
поаиТРОНИЙ
Самый уди вительный из странных атомов - :JТо ,
конечно, атом позитрония-вещества, кото­
рому нет и н е мо�нет быть места в менделеевской таб­
лице . Однако это вещество теперь хорошо известн о
ученым . И н е тольк о физикам. Химики уже научи­
лись применять атомы позитрония в своей повседнев­
ной работе - когда они изучают ст роение сложных
органических соединений.
Позитроний очень своеобразный атом - атом без
атомного ядра. Он почти в тыс ячу раз легче самого
легк ого атома - атома водорода . Образуется он при
встрече позитрона , возникающего при распаде ядер
многих изот опов , с обычным отрицател ьным электро­
ном. Атом позитрония состоит из двух анти­
:частиц.
В атоме позитрония нет тяжелого ядра , как в
атоме водорода , где масса протона почти в две тысячи
о23д.эт.3
раз больше массы вращающегося вок руг него элект­
рона. Массы позитрона и электрона, образующих позит­
роний, очень малы и равны между собой . Этот стран­
ный атом лишен центрального атомного ядра . Обе эле­
мента рные частицы в нем вращаются вокруг друг
друга или , вернее , вок руг их общего центра тяжести.
«Танец» двух античастиц очень сл ожен . Уче­
ные устан овили , чт о он может происх одить по-раз­
ному . Вра ща ясь на общей орбите друг за другом,
оба мик ропартнера в то же время вращаются каждый
вокруг своей собственной оси , а это вращение может
быть различным: либо в одну и ту ж е сторону, либо
в разные.
Поэтому возможно существ ование двух изомеров
позитрония , т. е . он может существ овать в двух фор­
мах . В первом случае возникает атом орто-позитрония,
а во втором - атом пара-позитрония. По существу
эти изомеры больше ничем друг от друга не отлича­
ются, как не отличаются один от другого волчки, запу­
щенные в разные стороны .
Но один из великих зак онов сохранения, управ­
ляющих атомным миром,- закон сох ранения момента
количества движения -·вносит бол ьшие и важные
различил в дальнейшую
судьбу обоих атомов .
Орто-позит роний с
трчки зрения атомных
масштабов времени ж и ­
вет очень долго. Каждый
атом его существует в
среднем почти полторы
дес ятимиллионных доли
секунды . За это время
электрон и позитрон ус­
певают в нем совершить
не один миллион оборо­
тов . По нашим при выч­
ным земным часам его
существование
неимо­
верно кратк о. Он исче­
зает практически мгно­
венно. Жизнь пара-пози­
трония еще в тысячи раз
короче .
Но это еще не самое
уди вительное в судьб е
изомеров
позитрония .
Античастицы сосущест-
В орто-позитронии обе анти­
частицы вращаJОтся а одну
и ту же сторону. Распада ясь,•
этот атом преврашаетсв в три
rамма-кванта.
368

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
вовать не могут. Их взаимодействие с неумолимой неиз­
бежностью приводит к взрыву, в микромире происхо­
дит катастрофа, и обе античастицы исчезают. Вспышка
коротковоJшового излучения - и они превращаются
в гамма-кванты. Вместо них рождаются фотоны.
Но орто- и пара-позитроний гибнут по-разному.
Непреложный закон с
.
охранений импульса заставляет
каждый атом орто-позитрония превращаться в три кван­
та, при исчезновении же атома пара-позитрония могут
возникнуть только два кванта, разлетающиеся в про­
тивоположные стороны.
Но, пожалуй, самое удивительное то, что позит­
роний, этот загадочный, почти невесомый, живущий
мгновение атом, способен вступать в химические реак­
ции, подобно атому водорода. Особенно энергично
позитроний реагирует с теми химическими соедине­
ниями , у которых присутствуют свободные валентно­
сти. Наиболее чувствителен позитроний к свободным
радикалам, к атомам и электронам.
Это замечательное свойство позитрония химики
сумели использовать для решения сложных, чисто
химических проблем, возникающих при изучении при-
роды химической свя�и.
..
..
-
В пара -поаитровив каждая
на античастиц вращается во­
круr своей оси в разные сто­
роны. При аннигияяции пара­
поаитрония рождаются тояь-
ко два гамиа-кванта.
Оказалось, что при реак­
ции орто-позитрония с
веществом, в молекулах
которого есть неспарен­
ные электроны, он прев­
ращается при распаде не
в три, а в два кванта.
Это легко обнаружить и
измерить гамма-счетчи­
ками.
Еще недавно казав­
шийся
невозможным
атом-призрак, построен­
ный из двух несовмести­
мых античастиц, стал у
физико-химиков замеча­
тельным средством иссле-
дования тончайших дета­
лей и различий в характере хймических связей и
строения молекул. Позитроний скоро станет совсем
обычным в лаборатории ученого и поможет ему рас­
крыть немало нового в природе.
МЕ30-АТОМЫ
Пожалуй, еще более странны мезо-атомы. Они
обладают таким же положительно заряженным ядром,
как и обычные атомы, но отличаются от них строением
наружной электронной оболочки. В мезо-атомах один
из электронов замещен на мезон. - на тяжелую частицу
с массой в 210 раз больше, чем у электрона. Мезо­
атомы настолько необычны, что ставят под сомнение
иногое из того, в чем физики, изучив размеры и строе­
ние атома, были до сих пор твердо уверены.
Чем больще заряд атома, чем больше его поряд­
ковый номер в таблице Менделеева, тем. сильнее, ко­
нечно, его ядро притягивает .электроны и тем мень­
ше размеры атома - диаметр .. э ле ктронных орбит в
его внешней электронной оболочке. Известно также,
что диаметр орбиты зависит и от массы вращающейся
частицы. Чем тяжелее она, тем ,ближе к центральному
ядру орбита ее вращения. ТаКИfjf,Ч� Р.аЗОМ, очень легко
можно рассчитать, на каком рас
.
стqя,щш .от ядра.долж­
на находиться· орбита мезона 1! ме
.
зо-
,
атоме.
804
Физики научились получать в своих ускорителях
очень мощные потоки мезонов и точно регулировать
скорость мезонов. Оказалось, что медленные мезоны,
обладающие тепловой скоростью, блуждая между ато­
мами, захватываются ими и замещают 11 орбите элект­
роны. При захвате мезонов тяжелыми атомами были
обнаружены загадочные, поистине удивительные явле­
ния. Точно установлено, например, что ближайшая
к ядру орбита, на которой положенп вращаться мезону
в �lезо-атоме евинца (занимающего 82-е меето в таблице
Менделеева) должна быть в 82 Х 210 раз меньше орбиты
водородного атома. Диаметр мезонной орбиты в мезо­
св11нце должен быть равен:
10-s
--
= 5 s.10-1зс..11(!).
8�·�10
,
Но размеры ядра в атоме свинца физикам хорошо
известны. Его диаметр гораздо больше, чем орбита
мезона: он равен 17 ,О · 10 -1э см. Следовательно, мас­
сивный мезон в мезо-свинце вращается на орбите,
целиком расположенной внутри атомного ядра ( ! ) .
Этот немыслимый результат точно подтнердился
измерениями д.т�ины волн - излучения, испускаемого
мезо-атомами. В течение громадного (по атомным мас­
штабам) периода времени, за одну миллионную долю
секунды, мезон совершает миллионы миллионов обо­
ротов внутри ядра. Плотность же ядерного вещества
так чудовищно велика, что только 1 смз его весил бы
в земных условиях не менее миллиарда тонн. l\ак же
должно быть построено атомное ядро?
Судьба ме:ю-атомов завершается катастрофой: ме­
зон поглощается ядром, и оно взрывается - разлета­
ется на множество кусков. Выделяющанся при этом
3нерrия аннигиляции отрицательного мезона и поло­
жительного ядерного вещества очень велика. Еще не
вполне Известно, в какой форме она выделяется. Боль­
шую часть ее уносят образующиеся при взрыве частицы.
Так реагируют с атомными ядрами мю-мезоны.
Но известны два типа отрицательных мезонов. Суд1,ба
пи-мезонов не менее любопытна. Ядра тяжелых ато­
мов поглощают их мгновенно и при этом мгновенно
взрываются.
Реакция между мезонами и атомными ядрами не
требует высокой температуры. Для нее не нужны сотни
миллионов градусов, как для термоядерных реакций.
Она с успехом протекает при обычных условиях. Быть
может, ядерные реакции на мезонах откроют в буду­
щем новый путь к овладению внутриядерной энергией.
Но пока на это еще очень мало надежды. Ученые
еще не знают, как заставить мезонные реакции проте­
кать по цепному механизму и поддерживать самих
себя.
В самом простом из всех мезосатомов - в мезо­
водороде вокруг центрального ядра вращается мезон.
Это атом без электронов.
Удивительные загадки и трудные задачи связаны
с таинственными мезо-атомами. На вашу долю, юные
физики, достается очень важная и сложная работа:
разгадать тайну строения атомных ядер; наверное,
этому поможет и изучение мезонов.
ГИПЕР-ФРАГМЕНТЫ
Высоко, на границе стратосферы, ученые нашли
очень странные атомные ядра. Быть может, это «гости•
из неведомых глубин космоса. Построены они весьиа

н еобычно . Атомные ядра всех элементов состоят из
нейтронов и протонов , а в этих ядрах один из нейтро­
нов замещен необычной частицей, одной из тех частиц,
которых физики, от удивления перед их странными
свойствами, назвали «странными». Более точное назва­
ние этой частицы ламбда-нуль-гиперон. Найдено уже
нем ало легких ядер гипер-изотопов : гипер-водорода,
гипер-гелия , гипер-лития, гипер-бериллия , даже ги­
пер-углерода. По-видимому, они рождаются в кос­
мических лучах. Живут они всего 10-10
-
10-11
секунды и очень странным об разом исчезают: каждое
гипер-ядро может распадаться двумя различными спо­
собами. Это - особенность тольк о «странных» частиц .
АНТИАТОМЫ
Физики установили: каждой из элемента рных ча­
стиц (кроме фотона) соответствует па рная ей античасти­
ца с равной массой и против оположным зарядом. Анти­
частица для отрицател ьного электрона - пол ожитель­
ный позит рон. У протона есть сной отрицательный
антипротон. Нейтральному нейтр ону соответствует
тоже нейт ральный антинейтрон , они различаются маг­
нитными св ойства ми. У атомов нашего мира ядра сло­
жены из протонов и нейтронов, их внешние обол оч­
ки - из элек тронов. А может ли быть все наоборот?
Как в старой английской детск ой сказке о дев очке,
попа вшей в мир зазеркалья. Возможны ли атомы, у
которых будут антиядра из антипротонов и анти­
нейтронов , а вместо электронов вокруг антиядер бу­
дут вращаться античастицы - позит р оны. Возможен
ли фюшчески антимир, состоящий из таких ант11-
атомов?
У ПОРОГА НЕВЕДОМОГО
Да , физики считают, что вполне возможен. Мало
того, такой мир даже будет неотличим от того, в
котором мы живем. Свет от автизвезд будет в точности
та ким же, как и от обычной звезды. У фотонов - све­
товых квантов - ник аких антифотонов нет. Свет ,
испускаемый любым атомом , будет абсолютн о тожде­
ствен свету от аналогичного антиатома. Но пока никто
н е знает, существуют ли во Вселенной антимиры .
Иногда из глубин Вселенной заходят в нашу сол­
нечную систему очень странные кометы, и их поведе­
ние заставляет нек оторых ученых думать, что они
состоят из антивещества . Далеко, в недоступных глу­
бинах космоса, существуют «радиозвезды». Одна из
таких звезд - Лебедь-А - обладает так ой невероятной
интенсивностью излучения, что его легче всего мощ­
но объяснить тем , что в созвездии Лебедя происходит
величайшая катастрофа : стошшовение двух галактик,
двух миров - нормального мира и анти мира. Никто
пока не может сказать, верно ли это. Вероя тнее все­
го, что излучение Лебедя-А будет объяснено. Но все
равно проблема антивещества остаетс я, и наук а сей­
час усил енно ищет возможность обна ружить анти­
миры во Вселенной. Один такой путь уже намечен .
Он исключител ьно труден , настолько труден, что,
может быть, никогда и не nудет осуществлен. Это -
путь нейтринной астрономии.
Ученые счита ют, что рассказать, существует ли
где-либ о в Большой Вселенной антимир, построенный
из антив еществ , может тольк о нейтрино, эт от косми­
ческий «воришка>>, лишенный массы, который сразу
после рождения бесследно исчезает со скоростью све­
та в неведомых глубинах космоса и уносит с собой
значительную долю
энергии зв е:щных ядерных
реа кций .
•
У ПОРОГА НЕВЕДОМОГО
На прас но думают, что она [фа нтазия) нужна тол ько поэту . Это глупый
предрассудок! Даже в математи ке она нужна, даже открытие диф­
ференциального и интегрального и счи слени й было бы невозможно б ез
фан тазии . Фа нтазия есть качество велича йшей ценности . ..
Периодический закон химических эл ементов , отк ры­
тый Менделеевым , управл яет поведением вещества во
всей Вселенной. Ему подчиняется вся химия. Не толь­
ко та, которая царствует в колбах и ретортах ученых
и в реакторах химических заводов, но и та химия, ко­
торая создает все минералы и все горные породы на
планете Земля.
Этот закон управляет химией на далеких плане­
тах . Все соединения , отк рытые на них, построены
по правилам, диктуемым та блицей Менделеева. Эн ергия
Солнца и бесчисленных звезд рождается в них за счет
ядерно-химических процессов, протекающих в стро­
гом соответствии с периодическим законом. Эти про­
цессы одинаковы и в звездах нашего Млечного Пути,
и в других далеких галактиках.
Означает ли это, что мы уже позвали самое глав­
ное, самое основное , что можно узнать о веществе?
Означает ли это , что нет других форм его существова­
ния, l<роме атомов и атомных Ядер , которые наряду
23•
ЛЕНИН.
с фотонами и нейтрино обеспечивают беск онечное
многооб разие форм существования материи во всех
мирах Большой Вселенной?
Когда развитие науки дает повод утверждать, что
все основное в мире уже отк рыто, чт о выяснены его
общие законы, то это верный признак, что нужно ждать
большие открытия , которые потребуют нового пере­
смотра всего , что в науке стало считаться незыблемым.
И, быть может , уже сейчас этот период, период боль­
шого революционного пересмотра ваших представле­
ний об ок ружающем мире, уже наступил .
Ф11зик а наших дней сумела проникнуть и в тайку
строения атомного ядра. «Магические» числа, выражаю­
щие периодическую зависимость в изменении св ойств
атомного ядра от изменения числа нуклонов, указывают
на очен ь сложное его строение. Но для того чтобы
разгадать , как построено ядерное вещество , нужно
выяснит ь, из чего оно построено, :что представ ляю:r со­
бой элемента рные :частицы .

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
Наука стоит перед большим затруднением : слиш­
ком много оказалось в мик ромире элементарных ча­
стиц . Число их так велико, соотн ошения между ними
так сложны и за путаны, так многообразны их взаим­
ные превращения , что уже давно стало совершенно
неоправданным даже само их на звание.
Но проблема первичных частиц, из которых по­
строено все существующее в мире, остается. Очень много
работают над ней физики - и экс периментаторы, и
тео ретики. 1:\ак она будет р ешена, еще никт о не знает.
Уже немало предпол ожений - одно необычайнее
другого - выск азано самыми неистовыми фантазе­
ра�IИ в мире - учеными-теоретиками.
Например, серьезно обсуждается гипотеза к в а р­
к о в. Теоретики показали, что можн о объяснить всю
сложность и многообразие найденных в мик ромире
элементарных частиц, если допустить, что все они
построены. тольк о из трех различ ных типов, быть
может действительн о элемента рных частиц-кварков .
Это на звание за имст вовано из ста рого романа, в ко­
тором так назва ны за гадочные фантастические суще­
ства, живущи е тольк о в грезах. 11 действительно, свой­
ства новых гипотетических частиц с точки зрения фи;}и­
ки наших дн ей должны быть так необычны и фантас­
тичны, что такое название для них вполне оправдано.
Достаточно тольк о сказать , что кварки должны и111еть
дробные электрические заряды (!). Верна или нет эта
невозможна я гипотеза, пока еще никто не знает. Но
она стала нужной пауке, она уже существует и, как
и всякая научная гипот еза, должна быть доказана
либ о опровергнута.
У физик ов пока еще нет средств разбить на кварки
элементарные частицы атомных ядер. В наших уско­
рителях еще не получены частицы-снаряды с такой
большой энергией. Но в природе, в космических лучах
такие снаряды есть. И, быть может, под их воздейст­
вием «на наших гла заю> постоянно атомные ядра раз­
биваются на кварки; и здесь, вокруг нас , буквально
па поверхности Земли существуют эти за гадочные ,
придуманные физиками частицы. Да , это может быть.
Уше очень мн огое из того, что было «придумано» в
науке, было затем отк рыто в природе.
Почему же кварки до сих пор пе обнаружены?
А как· их обнарУ'жИть, увидеть? Ведь мы можем
видеть тольк о то, что обладает электронной обол очкой
и электронами, что может испускать свет или же спо­
собно излучать гамма-кванты. !:\ва рки не могут быть
видимы. Быть может, их надо собрать и взвесить?
Н о чтобы их соб рать, надо хорошо знать их св ойства.
А каковы св ойства частиц с дробными зарядами?
Неизвестно! 1:\акова их физика? Неизвестно!
Очень много таинственного встает перед наук ой
в мире мик рокосмоса. 1:\аждый элементарный акт
звездных ядерных реакций, как и ядерных реакций
в на ших атомных реакторах, сопровождается появ­
лением самой загадочной из элемента рных частиц -
н е йтрино. 1:\ак призрак, п ронизывает она со с ко­
ростью света толщу гигантск ой звезды и бесследно
пропадает в глубинах космоса. 1:\аждую секунду на
нашей планете через каждый квадратный сантиметр
тольк о от одного Солнца проносится более 6 .1010 ней­
трино. Но пока мы не можем пи обнаружить этот не­
вероятный поток, ни узнать, куда исче3ают нейтрино.
А они уносят с собой ок оло 5% всей энергии, выде­
ляющейся в мире.
Нуда они с вей исчезают, что происходит с вей
в космосе , мы пе знаем.
Но, ·быть может, еще больше тайн открывается
перед наук ой па другом, противоположном пределе
858
неизвестности - в мак рок осмосе. Аст р офизики откры­
ли в ми роздании небесные тела, совершенно не похожие
на все, что до сих пор известно нам во Вселенной. Они
не поддаются никак ому объяснению , и к ним непри­
ложимы теории, хорошо до сих пор объяснявшие мир.
Светимость одн ого такого тела больше, чем у всех ста
миллиа рдов звезд Млечного Пути. Оно, как предпола­
гают ученые, обладает массой большей, чем у мил­
лиарда звезд, таких, как наше Солнце. Ни один из из­
вестных нам процессов не может объяснить, как рож­
дается излучаемая такими небесными телами энергия,
которая дает нам возможность наблюдать их с рас­
стояния до 5 млрд. световых лет .
Но в недрах �ш роздания обнаружены не только
эти «сверхзвезды». Уч еные подозревают, что, кроме них ,
во Вселенной могут существовать еще более немыслимые
небесные тела. Эт о действительно сверхудивительные
звезды - (<Погасш11е» звезды, которые ник огда не гас­
ли. Они совершенно не пох ожи на остывшие холодные
планеты. Эти сверхгигантские, бурно сжимающиеся
тела обладают огро�шой температурой, но тяготение их
м ассы так велико :что пе выпуск ает (<Наружу» пи иэ­
луче�1ие, ни свет, ни нейтрино. Ск олько таких «сверх­
тел» в мире - еще никто пе знает. Накую они играют
роль в эволюции Вселенной - тоже неизвестно. Но
они должны действовать силой тяготе�;1ия на другие
небесн ые тела, и поэтому их можно обнаружить.
Мы можем считать, что приблизились к разгадке
природы звезд , хотя в них JI таится еще много, очень
много непознанного. Но в космосе есть тайны, о кото­
рых наука еще ничего не зна ет.
Вестник и велик ой неизвестн ости - космпческпе
лучи - прилетают к нам па Землю из неведомых глу­
бин космоса. Тысячи учен ых во всех странах следят
за ними : изме ряют их энергию, регист рируют частоту
появления, стараются разгадать , где и как они рож­
даются. Иногда в космических лучах появляются
частицы с не�1ысш1мо чудовищной энергией. В 196 1 г.
была зарегистрирована космическая частица , которая
одна обладала энергией в 1020 электроно-вольт. Откуда
же эта космическая частица к нам пришла? 1\ак она
могла накопить такую энергию? Ведь так ая энергия
по кра·йней мере в сотпю миллиа рдов раз превы шает
ее массу в покоящемся состоянии. Что же с ней должно
произойти при остановке? Что станет с ее энергией?
Ведь энергия исчезнуть не может.
Многие ученые считают , что в момент столкнове­
ния , при остановке, такая сверхбыстрая частица за
счет своей кинетической энергии должна об разовать
множест во, быть может даже сотни миллиардов , н-овых
частиц (!). И опыт пе противоречит этому. Мало того ,
расчет показывает , что у таких частиц внегалактиче­
ское происхождение. Они должны рождаться в других
мирах, в других галактиках. Согласно расчету, среди
них могут быть частицы с еще большей энергией, вплоть
до 1080 электроно-в ольт (!). Этой энергии хватит, что­
бы при остановке такой (<С верхчастицы» могла бы воз­
никнуть не тольк о звезда, но даже галактика.
Никакая изощренна я фанта зия , никакая сказка
никогда не осмелилась бы создать что-либо столь же
немыслимое. А паук а наших дней уже ищет, уже
пытается нащупать в реа льном физическом мире те
немыслимые не тольк о для здравого смысла, но и
для фантастики реальные рубен;и, где соприкасают­
ся как равные бесконечно большое с беск онечно
малым.
Возможно ли зт о? Неизвестно. Но постановка та­
кого вопроса в физик е уже возможна. И до :чего же
интересно все-таки узнать, так ли это.

НА ПУТИ К ОТКРЫТИЮ ЭЛЕМЕНТА 104
НА ПУТИ К ОТltРЫТИЮ a.JIEMEHTA 104
(Рассказ }·че11ых, ведущих исс"'lедова11ие )
Первый за акт1111011дами. В эпоху географических
открытий людей пытливых и смелых манили к себе
белые пятна на картах. За ними скрывались неведо­
мые страны.
Какими же картами и лоциям11 руководствовались
мы, ф11:3ики, намечая трассу к новым, еще нrизвестным
элементам - к белым пятнам таблицы периодической
системы МендеJiеева? Это прежде всего сама система
элементов.
На рис. 1 изображена часть таблицы :Менделеева.
После 88-й клетки идет клетка 89-10:�. В ней располо­
жены все трансурановые элементы - от 93 до 103-го.
Ою1 входят в ряд актиноидов и, как вы знаете, созданы
человеком. Все члены ряда мало отличаются друг от
друга химическими свойствами и находятся в одной
клетке. А какой элемент займет соседнюю, расположен­
ную под гафнием? Ведь он должен обладать замечатель­
нымп сuойствами, должен резко отличаться от своих
предшественников-актиноидов.
Теория предсказывала, что таким элементом будет
104-й . Его поведение в химических реакциях должно
напом1шать гафний. Экагафний - такое имя дал бы
ему Д. И. Менделеев.
Если теоретические прогнозы подтвердятся и 104-й
окажется аналогом гафния, то это будет новым триум­
фом периодической системы Менделеева. Но чтобы
11роuер11ть это, нужно было создать пе существующее
на Земле ядро нового элемента.
Свойства ядра 104-ro :1J1емента. Напомним, что
помrр эле��ента в периодической системе равен числу
протонов, входящих в его ядро. Число нейтронов в ядре
того же самого элемента может меняться, а значит,
могут существовать атомы элемента с разным количест­
вом нейтронов. Такие атомы называются и з от о -
п а м и. Сумма протонов и нейтронов ядра называется
массовым числом.Эточислопримерноравно
массе ядра и:ютопа, выраженной в массовых единицах.
Массовая единица - одна двенадцатая массы атома
углерод-12.
Sn
Рис. 1. Гафний: «Сто четвертый! Мы с тобой очень п охожн­
у вас по отдельной квартире, не то что у лантаноидов и акти­
ноидов».
Оценивая возможности синтеза изотопов 104-го,
мы пришли к выводу, что с нашими эксперименталь­
ными средствами проще всего получить и обнаружить
ядро нового элемента 104 с массовым числом 260.
1\акие же свойства этого ядра мы могли предвидет�,?
Все трансурановые элементы нестабильны. Они непре­
рывно распадаются. Один и:� способов - альф а-р а с·
пад. Например, ядро 10426° делится па два ядра: ядро
гелия с зарядом 2 н массой 4 и ядро 102-го элемента
с зарядом 102 и массой 256:
1042в0->102256+а4.
Другойспособ-спонтанное делепие:
ядро самопроизвольно (спонтанно) делится на два нри­
мерно равных по массе ядра. Образовавшиеся в ре­
зультате деления ядра называются о с к о л к а ми.
Хотя мы не располагаш1 надежной теорией, объяс­
няющей свойства трансурановых элементов, способ
распада ядра 10426° удалось предсказать. Наши оценки
показьшали, что новый элемент с массой 260 в основном
будет делиться спонтанно.
Мрачные перспеl\т11вы. Теоретики предсказали, что
n среднем ядро изотопа 10426° может жить всего около
двух ми.тшионных долей секунды. Из таких предсказаний
следовали неутешительные выводы: за миллионные доли
секунды нельзя нзучнть химические свойства элемента;
исследование ядерных свойств 104-го будет крайне за­
труднено. Чем выше номер трансуранового элемента,
тем труднее изучать его свойства. На11ример, если
верить расчетам теоретиков, время жизни 106-го эле­
мента - одна десят�1миллиардная доля секунды. Сле­
довательно, нуть к исследованию высших элементов
закрыт. Но обработка данных, полученных опытным
путем, давала надежду, что время жизни 104-го должно
быть больше вычисленного теоретически. Во сколько
же раз? На это мы могли ответить, получив ядра ново1·0
элемента и измерив период их полураспада.
Как получ11ть ядро нового элемента? Если увели­
чить заряд ядра, например, па две единицы, то на
столько же единиц возрастет порядковый номер эле-
1\{ента в таблице .Менделеева. Но как повысить заряд
ядра? Обстреляем нейтронами плутоний-242. Ядро
94Рн242, захватив нейтрон, заряд которого нуль, а мас­
са - единица, превратится в изотоп того же самого
элемента п;1утония с массой в 243 единицы: 94Pu24a.
Ядро изотопа 94Pu243 само повышает свой заряд
на одну единицу, испуская �- -частицу - электрон,
а следовательно, переходит в ядро с зарядом 95 - в
ядро элемента америция: 95Аm24З.
В ядерных реакторах с интенсивными потоками
нейтронов так могут быть получены все элементы,
вплоть до 100-го
-
фермия. Может быть, удастся по­
лучить 101-й
-
менделевий. Но к высшим элементам
(102, 103, а тем более 104-му) такой путь закрыт.
Дело в том, что иаотопы элемента, атомный номер
которого больше, чем 101, живут в лучшем случае де­
сятю1 секунд; а процесс захвата нейтронов даже в но­
вейших реакторах с очень большой интенсивностыо
потока нейтронов продолжается длительное время.
Это - десятки дней, а то и месяцы. Ядра изотопов выс­
шего элемента гибнут, пе успев родиться.
Но есть другой путь: увеличить атомный номер
ядра скачком, слив два сложных ядра. Если, например,
So7

К АК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
с ядром урана (за ряд 92 ) слить воедин о ядро неона
(ааряд 10 ), то образуетс я новое ядро с за рядом
!!2-t-10 =102, т. е . ядро 102 -го элемента :
9
2
u2зs + 10Ne22 _, 102200.
Проста я арифметика, но на деле явление оказывается
весьма сложным. Сложность его прежде всего в том ,
что слияние таких ядер может произойти лишь в том
случае, если они сближа ютс я с бо_л ьшой скоростью.
Как известно, между яд рами деиствуют силы двух
ти11011 - отталкивание, так как они одн оименно заряже­
ны, и яде рное притяжение. Ядерные силы притяжения
11ступают в действие лишь на очен ь малом расстоянии
между центрами ядер, когда ядра уже соприкасаются
11011ерхностями. Электрические же силы отталкивания
действуют
на значител ьно большем расстоянии.
Поэтому в обычных. усл овиях ядра не могут слиться.
Для эт ого они должны обладать достаточн о бол ьшой
скоростью. Например, скорость неона, чтобы его яд ро
слилось с яд ром урана , должна быть не менее
!JO млн. км/час - в 30 ООО раз больше скорости самого
с овременного реактивного истребителя! Кинетическаfl
энергия ядра неона при этом будет в 50 млн. ра з
больше , чем энергия , выделяемая одним атомом углеро­
да при сгорании угля!
Рассмотрим процесс сJJияния ядер из отопов
неона-22 и плутония-242 :
эiPu242 + 10No22.
В результате :Jто го процесса в новом ядре будет
104 протона (сумма зарядов неона и плутония), а его
масса равна 242+22=264 атомным единицам. Вновь
об разо11авшееся яд ро называется составным. Оно ве­
дет себя , как капля жидк ости. Эта
"
«Ка пля» ядерного
11ещест11а - соста вное ядро - неустоичива: она «ЮШllТ».
Таким его делает энергия возбуждения , внесенная тя­
желым сна рядом - неоном. Составное яд ро деформи­
руется, начинает совершать колебания и делится
практически мгновенно на ядра-осколки.
Новый элемент не получился. Но .. .
В десяти миллиардной доле случаев. Но, :к счастью,
не всегда соста вное яд ро мгновенно делится. В одном
и з десяти миллиа рдов случаев образова вшееся соста вное
яд р о 104204 не разделится, а «испа рит» один за другим
четы ре нейтрона , отда ст с ними излишнюю энергию и
оста нl'тсн жить (рис. 2). «Иепарение» нейтро нов не
3ft8
влияет на заряд ядра. Тол ько масса за счет потери
нейт ронов уменьшитс я на четыре единицы.
Коэффициент полезного действия такого «сна ряда»,
как неон , очень мал. Из-за эт ого обна ружить ядра 104-го
элемента среди неимоверного количест11а осколков деле­
ния и других побочных явлений во много раз труднее,
чем , например, ядра 101-го эл емента , выход которых
в ядерных реакциях 11 тысячу раз больше .
Наш циклотрон. Где взять яд ра неона , движущиеся
с нужной ск о ростью - 30 ООО км/се к? Нужен специа.'Iь­
ный ускоритель ядерных частиц. В нашей лаборатории
(Лаборатория ядерных реа кций в Дубне) установлен
циклотрон тяжел ых ионов - самый мощный в мире.
В нем уско ряются ионы , за ряженные атомы тяжелее
гелия: кислород, неон , аргон.
Магнит циклотрона , в котором ускоряются такие
«тяж елые» ионы , должен быть большим: диаметр его
полюсных наконечник ов 310 см, а вес 2500 т. Оста ль­
ные узлы и детали цшшотрона под стать размерам магни­
та. Зал циклотрона - огромное помещение высотой
18 м и пл ощадью 1500 мz. Почти зал Большого театра!
В центре - электромагнит цик лотрона. Тон , проте­
кающий по его обмотке,- 2000 а. Мощность вы­
сок очастотн ого генератора , питающего циклотрон,-
1000 квт. Напряжение между уск оряющими электро­
дами - д у антами- 260 тЫс. в. 75 ООО литров вы­
сокого вакуума нужно создать , чтобы работа ла эта ги­
гантская машина.
В центре цик лотрона ионный источник. Из этого
сложнейшего устройства ионы начинают свой путь к
мишени. Нелегк о отработать все узлы циклотрона так,
чтобы получить высокую интенсивность уск оренных
ионов , падающих на мишень . Работа источника ионов,
высок очастотного генератора , вакуумных насосов, ста­
билизация тока магнита - все это должно быть без­
ук оризненным.
37 38
Rb Sr
.
..
•....."
..
.
.....
· �u:-
40
7071
УЬ Lu
Рис. 2 . Маrиитиое поле ци кпо­
трона заставляет двигаться за­
ряженн ый атом - ион нео на -
по спирапн. При каждом обороте
ион получает <столч ок)) от элек­
трическоrо попя. Набрав достаточ­
ную скорость, ядро неона падает
на ппутониевую мишень. Образу­
ется составное ядро. Раздели вшись
на оскопки, составное ядро пере­
ходит в сравнительно «леrкие»
ядра, а испарин ч етыре нейтро-
на - в 104-й злемснт.

Я/JРА ПЛУТОНИЯ
1
2
СОСТАВНОЕ \� - - •
-о
i�i
ii
ii_i!
!
НА ПУТИ К ОТКРЫТИЮ ЭЛЕМЕНТА 104
ла ядра неона и плутония слива�
ся в составное ядро .
Как мы знаем, только одно иа
десяти миллиардов соста вных ядер
испускает один за другим четыре ней­
трона и переходит в ядро 104-го эле­
мента . За счет импульса , внесенного
ядром неона , ядро 104-го элемента
выходит из мишени и по падает на
движущуюся никелевую ленту-кон­
вейер 3.
·
Если слой плутония толстый,
то ядра 104-го элемента , рождаю­
щиеся в нем на большой глубине,
не смогут выйти из него . И там,
внутри слоя, среди осколков деле­
ния соста вных ядер и осколков спон­
танного деления 94 Pu242, нево змож­
но обна ружить ядра 104-го элемен­
та . Поэтому о ядрах 104-го элемен­
та , оставшихся в плутониевом слое ,
мы ничего не узнаем. Вот почему
на квадратный са нтиметр мишени
больше 0,001 г плутония наносить
неразумно .
Рис. 3 . Схема опыта получения 104 -ro элемента.
Теперь ядра нового элемента дви­
жутся вместе с лентой . Их нужно
обна ружить. Мы знаем, что ядро 104*
должно делиться, но не мгновенно , а
через какое-то время после его рожде­
ния . За это время н икелевая лента
В Лаборатории ядерных реакций были получены
самые мощные в мире пучки уск оренных тяжелых ионов.
Мощност ь пучков неона в нашем циклотроне в сто раз
превосходила мощность пучк ов, которыми располагают
американские ученые. Это упрощало задачу. но все же по­
лучить 104-й элемент было чрезвычайно сложным делом .
Арена ядерных превращений. Если яд ра плутония
и ускоренные ядра неона - главные «действующие ли­
ца » в создании нового, 104-го элемента , то плутониевая
мишень - «сцена » , где происходит это яде рное превра­
щение .
Плутониева я мишень уст роена так . На 2 см2 алю­
миниевой фольги толщиной в 6-10 мк на несен слой
плутония . Фольга с плутонием зажата между медными
решеткаъш , которые отводят от нее тепло , выделяющее­
ся, когда ядра неона бомба рди руют мишень. Темпера­
тура ядер неона , пада ющих на мишень, - 111 иллиард
градусов (100 ООО 000° )1
Не всякий плутоний годится для получения 104-го
элемента . У плутония известно 15 изотопов с самыми
разнообра зными свойства ми . Например, период полу­
распада плутония -232 -36 минут , а средняя продолжи­
тельность жизни плутония-244 - около 100 млн. лет .
Кста ти , не которые ученые счита ют , что плутоний-244
мог сохра ниться с момента рождения нашей планеты ,
и до сих пор еще пыта ются найти его в недрах Земли.
Но для синтеза 104-го нужен изотоп 94 Pu242 , и на
нашу мишень нужно всего 0,002 г этого изотопа .
Схема опыта. Устройство, с помощь� которого
мишень вводится внутрь циклотрона в пучок ускоренных
ионов, называется п р о б н и к о м. В пробнике, кроме
мишени , помещена вся основна я аппа ратура , необходи­
ма я для регист рации ядерных процессов .
На рисунке 3 изображена схема получения и
регистрации 1 04-го элемента . На мишень 1 падает пу­
чок ядер неона . Пройдя алюминиевую фольгу-под­
ложку 2,
.
неон попадает в плутониевый слой. Снача-
успеет пе р енести ядра 104-го элемента к регистраторам
осколков дедения. Та кими регистраторами могут
быть , например, ионизационные камеры А и Б.
Ядра нового элемента неста б11льны и все время
самопроизвольно делятся на ленте-конвейере на ос­
колки . Поэтому мимо ионизационной камеры Б лента
всегда пронесет меньшее число новых ядер, чем мимо
камеры А, и чисдо разделившихся ядер у каме ры А
будет б ольше , чем у камеры Б.
Если ядро спонтанно разделилось, допустим , около
ионизационной камеры А', то один из осколков деления
вызовет в ней импульс электрического напряжения .
Этот импульс поступает по кабелю на электронный
усилитель 4. Усиленный импульс уже можно передать
и.а счетн ое устройство 5, расположенное далеко от
пробника, · на пульте управления циклотроном . Им­
пульс напряжения, п опадая на счетное устройство,
заставляет стрелку механического счетчика перепрыг­
нуть на одно деление. Когда опыт закончен , физики
записывают число импульсов , поступивших из иони­
зационных камер на счетные устройства.
Допустим , на одном счетчике зарегистрировано
40, а на другом - 20 импульсов. Следовательно, око­
ло камеры А разделилось 40, а около камеры Б -
20 ядер 104-го . Если скорость ленты v, а расстояние .
между ионизационными камерами l, то от камеры А
до камеры В ядра нового элемента транспортируются за
время
Камерой В зарегистрировано вдвое меньше импуль­
сов , чем камерой А, следовательно, число ядер 104-го
элемента , прошедших мимо камеры Б, также вдвое
меньше. Половина ядер за время их переноса на рас­
стояние l спонтанно разделилась. Значит , t0- это время,
359

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
ва которое число ядер 104-го ум еньшается вдвое, иными
словами t0- период полураспада 104-го элемента .
Расстояние l и скорость v мы выбираем сами.
Зпая эти величины , можно вычислить одн у из самы х
важны х характеристик ядра 104-го элемента - период
его полураспада . Скорость ленты и расстояние между
счетч иками можно изменять. Так , если l=0,3 м, а
v= 1 м/с ек , то период п олураспада ядер близок к
0,3 сек унды ; если v =10 м/сек , а расстояние то же, то
период полураспада ядер 0,03 сек унды .
Первые опыты . Слиuiком много ядер 104-го . В
первом опыте скорость v была выбрана так , чтобы
изучить ядра с времен ем жизни около 0 ,01 сенунды . И
сразу же удача . Зарегистрированы спонтанно делящие­
ся ядра с периодом полураспада 0,014 секунды . Каза­
лось, не нужно и сомневаться , что эти ядра принадле­
жат 104-му элементу: у ядер всех элементов с меньшим
атомным номером период полураспада гораздо больше.
Но, может быть , это ложные импульсы , обусловлен­
ные нечетк ой работой аппаратуры? Камеры каждый
час регистрировали около 20 .
оснолков. Нас смуща л
слишком большой выход 104-го. По расчетам должно
было образовываться не более одного ядра за час р а­
боты циклотрона.
Сто два меньше , чем сто четыре. Каждый шаг в
новую область науки требует колоссальной затраты
сил и времени. Бывают ошиб'очные опыты . Так случи­
лось со шведскими учеными. Они опубликовали работу,
где рассказыва лось о «впервые полученном» изотопе
102-го элемен та . Этом у элементу даже было присвоено
имя «нобелий» . Однако в дальнейшем полученные в
Швеции результаты н е подтв ердились.
Подготовили новый опыт , чтобы убедитьс я, что
действ ительно мы открыли 104-й элемент. Вместо плу­
тониевой мишени в пробник была поставлена мишень
из урана. Если эту мишень облучать неоном
92U238+ 10No22_, 102260,
максимальный заряд ядра будет 102. Сто четвертый в
этой реакции не образуется.
Д ля чего нужно было облучать уран? Что дает
этот опыт? В реакции 94Pu2 42 + 10Ne22, кром е ядер
104-го , получается значительно большее количество
др уги х элементов . Ядра плутония и неона сравни­
тел ьно редко сливаются полностью . Чаще ядро нео­
на передает ядру плутония только н есколько нук­
лонов . В результате на ленту пробника попадают н е
только осколки делен ия, но и более тяжелые ядра,
испускающие все виды радиоактивных излучений. В
таких условиях могут возникнуть ложные, или , как
мы их называем, фоновые , импульсы . Новый опыт
был поставлен для того , чтобы убедиться, присутств у­
ют эти ложные импульсы или их нет.
Фон , который не удалось исключить . В лаборато р­
ном журнале после первого облучен ия урана-238 нео­
ном-22 появилась запись : «Облучен ие урана неоном.
Получ ены фоновые импульсы , имитир ующие период
полураспада спонтанно делящихся ядер порядка 0,014
секунды ».
Откуда ж е взялись такие спонтанно делящиеся
ядра? Их не должно быть. Теория и эксперимент ун азы­
вали: все ядра с порядковым ном ером м еньше 104 с го­
раздо бол ьшим пе риодом полураспада(!) спон танно делят­
ся на осколки. Проще всего это можно было объяснить
тем , что аппаратура , которую готовили более года,
н.епригодна : в ней создаются ложные импульсы .
Круглые сутки, в любое время дня и ночи , можно
860
было видеть специалистов по электронике и физиков ,
склонившихся над схемами усилителей и конструк­
ций, н ад дета лями пробника . Они иска ли ошибки в схе­
мах и в узлах пробника . Но ошибки не обнаружива­
ли сь. Менялась вся электронная аппа ратура и кон­
струкция пробника . И опять опыты . Упорный «фою>
оставался. Все время получался период нолураспада
0,014 секунды . Может быть , это н е фон?
Попробовали применить более легкие бомбарди­
рующие ядра : а:ют, бор . Если в аппарате есть какая­
либо погрешностr" то при бом ба рдировке мишеней
легкими ядрами число ложных импульсов не должно
меняться . Неожиданно выход ядер с периодом 0,014
сек унды резко возрос. Тогда стало очев идным: открыт
новый процесс деления ядер, совершенно непредви­
денный теорией.
В дальнейшем было выяснено , что с периодом 0,014
сек унды делится ядро америция-242, образующееся в
возбужден ном состоянии в процессе ядерной реакции .
Это явление наукой еще до конца н е понято. Во всем
мире учены е начали исследов ать «странные» ядра аме­
риция . Многим это явление показалось более интерес­
ным, чем синтез нового элемента . Но нас продолжал
интересовать именно 104-й элемент.
Дальнейшие поиски . Возникла новая опасность:
может быть, у 104-го и у америция- 242 в возбужденном
состоянии период полураспада одинаков? Тогда ос­
колки спонтанного дел е ния нового излучателя зама­
скируют осколки 104-го. Как же искать 104-й элемент?
Оставалась надежда , что время жизни 104-го лежит
в другом временном интервале. П еред нами встала
задача - изучить спонтанно делящиеся ядра со вре­
менем жизни от 10-4 до 1 секунды .
Была создана новая методика регистрации ядер
104-го элемен та . В принципе она не отлич ается от преж­
н ей , только вдоль ленты нужно было установить на
гораздо большей длине несколько детекторов . Это поз­
волило бы сразу в одном опыте регистрировать осколки
спонтанного деления в широком интервале времени
жизни ядер. Если скорость ленты 1 м/сек, первый
детектор поставлен в 3 см от мишен и, а последн ий -
в 8 м от нее, то будут зарегистрированы осколки спои·
танного деления ядер с периодом полураспада от трех
соты х до 4 секунд.
Но где взять детекторы осколков деления, не чув­
ствительные ко всем другим видам радиоактивны х
излучений? Слож ная аппаратура для этого явIIо не
подходит: просто не хватит места разместить ее в
пробнике. Но решение было найдено.
Следы на стекле. Если к обычной стеклянной пла­
ст1rн ке приблизить на расстоянии 2-3 мм платиновую
фольгу с нанесенным на н ее делящимся спонтанно изо­
топом (н апример, калифорнием-252) , то осколок на его
поверхности оставит след. Размер этого следа равен
длине цепочки из нескольких атомов . Такие следы ,
или , как мы называем , т р е к и, нево3можно увидеть
с помощью оптического микроскопа . Их можно разгля­
деть с п омощью электронного микроскопа . Но и элект­
ронный микроскоп для этого нельзя ис11ользовать :
основная трудность - слишком боль шое увеличение.
Чем больше увеличение , тем медленнее rr росматри­
вается под микроскопом предмет большой площади .
Пон<�добились бы целые годы , чтобы, используя элект­
ронный микроскоп, обработать результаты одного на­
шего опыта . Это все равно что с помощью микрометра
nытаться определить высоту дв ухзта жного здания .
Проявление треков . На помощь пришла химия.
1\ак известно, стекло растворяется в nлавиковой кис-

в рад110:111
11
•ч-оt nбора'l'Орни вдет
подrо'l'Овка 11 ана.1
1
нау аещестм, оодер88iцеrо
ура
а
оуравоаwе ue1
1
ea"".
На6J1
1
1Одевне аа рабо'l'ОА пробника.
Фваав обсуJВД8J1
1'1'
очереД1
1
"е peay;u.,.a,.
..
опмУа.

ОПЬIТ - .'JTO ДiIНТБЛЬНЬIН· ТРJ'Д
БОЛЬШОГО IЮЛ
Л
ЕВТНRА УЧЕНЫХ.
Каждый этап В1
1
спер-ента дммен быть тща­
тельно продумав, прове рен 11
1
атс11атическ11мu
ПЫ't•1с.1
1
евиями.
Циклотрон, дававший ДJIЯ опыта
мноrозарвдные новы.

лоте. Если стеклянную пластинку, обстрелянную
осколками делящихся ядер, поместить в плавиковую
кислоту, то в местах, куда попали осколки, стекло нач­
нет растворяться быстрее, ч е м рядом. Через несколько
секунд образуется лунка, формой похожая на кратер
вулкана (рис. 4). Ее размеры в тысячи раз больше
первоначального следа, оставленного на стекле оскол­
ком. Лунки треков можно увидеть на поверхности стек�
лянной пластинки, увеличив их всего в сто раз.
Другие радиоактивные излучения наносят на поверх­
ности стекла меньшие повреждения и не просматри­
ваются после травления.
Стекло-104 . Как мы уже знаем, ядра плутония
делятся ускоренными ионами. В результате деления
возникает поток нейтронов, и, если в стекле содержат­
ся даже субмикроскопические количества урана или
тория, нейтроны разделят их ядра. На поверхности
стекла появятся ложные треки.
Нам сварили фосфатное стекло, практически не
содержащее ни уран, ни торий. (Случайно стекло это
называлось «стекло-104».) Теперь можно было не боять­
ся треков, обусловленных нейтронным потоком в цик­
лотроне. Наша аппаратура стала полностью бесфоновой.
Ложные импульсы в ней не могли возникнуть. В наших
руках были идеальные детекторы, совершенно не"Чув­
ствительные ко всем радиоактивным излучениям, кроме
спонтанного деления. С их помощью были открыты
спонтанно делящиеся излучатели со временем жизни
0,001 секунды и 3 секунды. Казалось, что область, где
может находиться 104-й, заселена изомерами - удиви­
тельными ядрами, делящимися с невиданной скоростью
и маскирующими 104-й.
Дыхание 104-го . И опять эксперименты. Иiцем 104-й
в �щелях» времени между спонтанно делящимися изо­
мерами. Решили установить скорость ленты в 1 м/сек.
Эта скорость позволяла изучить периоды полураспада
спонтанно делящихся ядер во временном интервале от
О, 1 до 1 секунды, свободном от изомеров.
Один из опытов.Сорок часов беспрерывно бомбарди­
руют ядра неона плутониевую мишень. Сорок часов лен­
та несет ядра отдачи к стеклянным пластинкам. Нако­
нец, закончено облучение. Извлечены стеклянные пла­
стинки и переданы в лабораторию на обработку. С не­
терпением ждем результаты. Проходит несколько часов.
Под микроскопом обнаружено шесть треков.
Вычислен период полураспада по положению тре­
ков и скорости лепты. Величина периода оказалась рав­
ной 0,3±0,2 секунды, т. е . она могла быть, например,
0,1 секунды или 0,5 секунды.
Повторили опыт. Эффект исчез. Новыii многочасо­
вой опыт. Обнаружено пять треков, ос тавле нных ос­
колками нового ядра. Еще опыты. Треки в области
0,3 секунды то появлялись, то исчезали. Такое явление
никогда не наблюдалось в опытах, где получались
ядра спонтанно делящегося изомера.
Есть 104-й! Анализ полученных данных привел к
выводу: наблюдаемый эффект в сильной степени зависит
от энергии.неона. А раз так, необходимо точнее измерять
ее величину.
По сравнению с уже преодоленными трудностями
было легко повысить точность измерения энергии пуч­
ка ионов в циклотроне. Начались решающие опыты.
Два месяца почти непрерывной работы. Днем. Ночью.
Снята зависимость выхода новых ядер от энергии
бомбардирующих плутониевую мишень ионов неона.
Точно измерен период полураспада новых спонтанно
делящихся ядер. Теперь в каждом опыте четко проявля­
лись следы спонтанно делящихся ядер с периодом 0,3 се-
НА ПУТИ К ОТКРЫТИЮ ЭЛЕМЕНТА 104
Рис. 4. Так выглядят треки - следы осколков деления
ядер - на стекле пос.�е его обработки плавиковой кислотой
при увеличении в сто раз.
кунды. Мы установили, что больше всего новых ядер
образуется, когда скорость ионов неона 31 500 км/сек.
Мы знали, что если мишень бомбардировалась 5 ча­
сов ядрами неона с такой скоростью, то образуется два
новых ядра, если же скорость неона увеличится до
32 ООО км/сек, за это же время образуется лишь одно ядро
104-го. Такая связь выхода нового ядра со скоростью
бомбардирующих ионов неона могла быть, только если
синтезировался 104-й . У изученных раньше делящихся
спонтанно ядер-изомеров выход убывал с ростом энергии
менее резко.
Было поставлено еще. несколько контрольных опы­
тов. Все они подтвер
.
дили: 10426О есть!
Это только начало. 11 все? Нет, работа над 104-м
элементом толыюначалась. Измерен период полураспада
изотопа 104260. Он оказался таким, что есть надежда
научить химические свойства 104-го.
Пока общепризнано, что свойства 104-го должны
совпадать со свойствами гафния. Может случиться,
что у нового элемента электронная оболочка застраи­
вается не так, как мы теперь думаем. Это было бы
большим вкладом в теоретическую ХИN!ИЮ.
Наконец, и это, пожалуй, главное, теперь нет ос­
нований опасаться, что время жизни высших трансура­
нов 105-го и 106-го лежит в области миллиардных до­
лей секунды.
Зачем нужен 104 - ii ? Для чего .мы изучаем эле­
менты за ураном? Где они применяются? Плуто­
ний-239-лучшее ядерное горючее. Этот изотоп делитск
нейтронами с малой энергией - «тепловыми неii­
тронами». Колоссальные запасы урана-238 могут быть
переведены в плутоний с помощью специальных реак­
торов на быстрых нейтронах. Этой энергии чеJювече­
ству хватит на сотни тысяч лет. Ясны перспективы ис­
пользования и многих других трансурановых элемен­
тов.
В момент открытия нового физического явления
иногда сами исследователи не знают, где и как будет
применяться их открытие. В 30-40-х годах нашего
361

КАК И И З ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
века, или, как говорят люди старшего поколения, «ДО
войны», вся ядерная физика считалась большинством
ученых отраслью, имеющей лишь научное значение.
Считалось, что не менее сотни лет потребуется чело­
вечеству, чтобы освоить энергию ядра. А уже через
несколько лет работал первый ядерный реактор, во­
шли в строй атомные электростанции.
В земной коре трансурановых элементов нет. А вот
:в звездах трансурановые элементы образуются непре-
рывно в результате ядерных процессов. Изучение сво йств
высших трансурановых элементов поможет челове ку
понять многие явления, происходящие в звездной Мii­
терии.
В будущем, может быть недалеком, высшие
трансурановые элементы помогут нам проникнуть в
тайны Вселенной. И не последнее место здесь займет
изучение изотопов 104-го элемента. Из них первый -
104280 - синтезирован в Дубне.
•
СЕМЬ СОСТОЯНИЙ МАТЕРИИ
Мы привыкли видеть вокруг себя три состоя-
11ия вещества: твердое, жидкое и газообразное.
-Условия, с которыми мы встречаемся на поверх­
ности нашей планеты, кажутся вам обычвы­
ми. Часто так и говорят: «При обычной темпе­
ратуре вода находится в жидком состоянии ,
щелезо - в твердом, а ·во:щух - в газообраз­
ном». Но эта температура обычна только для
обитателей Земли, да и то не для все х. Для
'Гого, кто живет в Арктике, обыч ное состояние
-воды - твердое: он имеет дело с водой в виде
льда. Если же смотреть на вещи не с пашей
-узкой, земной, а с космической точки зрения ,
-то на первый плав .выходят другие, пеnривыч-
ные для вас состояния вещества, которыми нау­
ка стала заниматься только в последние деся­
-тилетия. Но раньше, чем рассказывать об
этих состояния х, взглянем более пристально
на уже привычные для пас состояния вещества.
ПОР.ЯДОR И БЕСПОРЯДОК
Можно определять эти состояния по внеш­
ним признакам: твердое тело сохраняет как
объем, так и форму ; жидкость сохраняет объем,
по не сохраняет форму, газ не сохраняет пи
-то, пи другое. Но правильнее исходить не из
внешней формы, а из внутреннего строения ве­
щества. Все вещества состоят из молекул, а
молекулы - из атомов. Сложное вещество со­
держит различные элементы, его молекула
обязательно состоит из нескольких различ ных
атомов. Молекула же простого вещества может
быть построена из дву х или нескольких одина­
ковых атомов. Так, например, в каждой моле­
куле азота, кислорода, водорода два одинако­
вых атома. Но в молекулах инертных газов -
гелия, неона, аргона - только по одному
атому. Можно сказать, что они состоят из сво-
362
бодпых атомов, по эти свободные атомы можно
также называть и молекулами. Таким образом ,
при обычной для пас температуре все тела со­
стоят из молекул.
Состояния вещества с точки зрения молеку­
лярного строения различаются мерой порядка
в расположении и движении молекул. Пр още
всег о попять, чт о такое газ. В нем молекулы
располагаются и движутся без какого-либо
порядка. Если молекулы сравнить с людьми ,
то газ подобен беспорядочной толпе перепу­
ганных людей , бегающих в панике по всем
направлениям. Противоположность газу - те­
ло, в котором молекулы «выстроились» в стро­
гом поря дке, как вымуштрованные солдаты.
Такое упорядоченное тело - кристалл. Зная
расположение одной частицы в кристалле ,
можно точно рассчитать, где находится пе
только соседняя , по и самая далекая частица.
Это положение выражают определением: «В
расположении частиц кристалла есть дальний
порядок». Труднее понять природу жидкого со­
стояния. В жидкости каждая частица связана
со своими соседями, во только с соседями.
Иными словами, в жидкости есть ближний по­
рядок, но нет дальнего.
Тепло - это проявление движения моле­
кул. Неподвижными они могли бы быть только
при температуре абсолютног о нуля. Но ведь
в кристалле каждая 'l{астица занимает вполне
определенное положение. Разгадка в том, что
ч астицы в нем все же совершают колебательные
движения. Когда мы говорим о положении та­
кой частицы в кристалле, нужно понимать, что
это - положение равновесия, вокруг которого
частица колеблется, подобно маятнику. Пока
размах (амплитуда) колебаний гораздо меньше,
чем расстояние между соседними частицами ,
общий порядок сохраняется. Если нагреть кри­
сталл настолько, что при своих колебания х

Молекула простоrо вещества может со­
стоять на нескол ьких одинаковых ато­
мов. Внешние электронные оболочки у
таких атомов становятся общ11>111. В мо­
лекулах водорода, азота и к�1елорода по
два одинаковых атома. На рисунке изо­
бражены схе мы атомов и молекул: водо­
рода-АиВ,азота-ВиГ,к11с.1uро-
да-Д11Е.
частицы начнут «задеваты друг друга, по­
ряд ок нарушится, и кристалл расплавится.
В жидкости движение частиц не ограниче­
но колебаниями, она может течь. Но не всякую
жидкость легко заставить течь. Глицерин,
деготь, смола текут только под большим напо­
ром. Такие жидкости называют вязкими. Им
мешает течь то, что каждая ч астица связана
со своими соседями. Строение стекол, пласт­
масс и других полимеров не кристаллическое.
С точ ки зрения порядка они не отличаются от
жидкостей: порядок в них только ближний.
Они кажутся твердыми только из-за их боль­
шой вязкости. Течь, хотя и очень медленно,
может ведь и твердое тело. Ледники в горах
постепенно стекают вниз. А лед - тело кри­
сталлическое. Как же отличить истинно твер­
дое тело от очень вязкой жидкости? Иногда
говорят даже об особом стеклообразном состоя­
нии вещества, отличая его как от твердог о,
так и от жидкого. Но если стекло нагревать,
оно постепенно и непрерывно становится все
СЕМЬ СОСТОЯНИЙ МАТЕРИИ
более текучим, пока 11е станет вести себя как
типичная ж идкость. Отсюда видно, что между
стеклом и жидкостью нет точной границы.
У кристаллов же такая граница есть. Каж­
ДЬIЙ кристалл имеет определенную температуру
плавления, при которой свойства его. резко,
скач ком, меняются. Существует способ опреде­
лить, есть ли дальний порядок в расположении
ч астиц вещества - это рентгеноструктурный
анализ.
Когда рентгеновские лучи проходят че­
рез кристалл, они отклоняются от своего
первонач альног о направления: на фотогра­
фической пластинке получаются так называе­
мые дифракционные кольца. В кристалле упо­
рядоченное расположение ат омов - и кольца
выглядят резкими ; чем меньше порядка, тем
более они размыты. Стекла, как и жидкости,
показывают при таком исследовании только
ближний порядок. Таким образом, по внутрен­
нему строению настоящими твердыми телами
нужно считать только кристаллические.
888

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
б
в
Среди молекул газа (А) нет никакого порядна. Молекулы
тRердого тела (Б) подчинены «дальнему порядку» - вее мо ­
лекулы евязаны общим «строем» . Молекулы жидкости (В)
подчинен ы «ближнему порядку» - каждая молекула связана
лишь с еосед11им11 молскулами.
Кристалл образуется в насыщенном растворе вещества. Каж­
дая молекула пристраивается в строго определенном порядке
к уже готовой кристаллической решетке. Из каждого вещества
образуются кристаллы со свойственной ему геометрической
формой.
884'
ЧТО ЖЕ ТАКОЕ СТЕКа110?
Не нужно думать, что под стеклом в науке
подразумевается только обычное прозрачное
оконное или посудное стекло. В стеклообразном
состоянии можно получить многие вещества.
Внешними признаками это состояние похоже
на твердое (объем и форма сохраняются), но
дальний порядок в расположении частиц от­
сутствует. Исходя же из внутреннего строения
вещества, надо считать, что стекло - это жид­
кость, но настолько вязкая, что это свойство
заставляет ее сохранять свою форму. При на­
гревании вязкость жидкостей уменьшается . Стек­
ло при нагревании становится постепенно все бо ­
лее текучим, пока не приобретет и внешюю приз­
наки жидкости. Мы говорим, что стекло «рас­
плавилосы. Но в отличие от истинного твердо­
го тела, т. е. :кристалла, невозможно точно
сказать, при :какой именно температуре про­
изошло «плавление» стекла. Свойства его ме­
няются при нагревании постепенно и непрерыв­
но, в отличие от свойств :кристалла.
Всякая вязкая жидкость, например глице­
рин, при сильном охлаждении загустевает и
переходит в стеклообразное состояние. Возни­
кает вопрос: а нельзя ли перевести такую жид­
кость в кристаллическое состояние? Во время
Отечественной войны в очень суровую зиму
на подъездных путях одного из казанских
заводов надолго задержалась цистерна с глицери­
ном. Когда наконец цистерну подали под раз­
грузку, к великому удивлению работников
завода, в ней оказалось какое-то странное :кри­
сталлическое вещество, вовсе не похожее на
глицерин. Ученые из институтов Академии
наук, эвакуированных в то время в Каз ань,
стали исследовать загадочное вещество. Ока­
залось, что по химическому составу это был гли­
церин, но только кристаллический. Итак, г.ли­
церин закристаллизовался! Затем в старых
научных жу рналах нашли сообщение о подоб­
ном же случае, происшедшем много лет назад.
А вот в лаборатории получить :кристаллы
глицерина никогда никому не удава.т�ось.
В чем же здесь дело? Оказывается, все в той же
вязкости. Чтобы из жидкости образовался
кристалл, ее молекулы должны «выстроитьсю),
как солдаты на параде, в строгом дальнем
порядке. Но для этого каждая молекула до.т�ж­
на двигаться свободно и найти свое место в этом
ст рою. А вязкость препятствует свободному
движению. Если жидкость быстро охлаждать,
то вязкость ее возрастет раньше, чем успеют
образоваться кристаллы. Жидкость загустеет,

вместо того чтобы закристаллизоваться. Такие
жидкости, не пе решедшие, несмотр я на низкую
температуру, в кристаллическое состояние, назы ­
вают переохлажденными. Чем бодьше вязкость,
тем дольше жидкость может оставаться в пере­
охлан>денном состоянии. Воду тоже можно пе­
реохладить, но вязкость ее ысе равно будет
невелика, и от любого толчка она закристалли­
зуется. А вот глицерин слишком вязок, он мо­
жет оставаться в переохлажденном со
.
стоянип
годами и все же не закристаллизоваться.
Труднее всего при кристал.1изации образо­
ваться первоначальному зародышу кристалла,
в котором пока лишь небол�,шое чисдо молекул
распо.�ожилось в порядке. Дальше образовав­
шийся зародыш растет гораздо легче: ведь на
его поверхности для каждой следующей моле­
кулы есть уже определенное место, куда ей
прикрепляться. Редчайшие случаи кристалли­
зации глицерина объясняются, видимо, тем, что в
середине большой цистерны охлаждение про­
исходило очень медленно (внешние слои дей­
ствоваш1 как «шуба») и там кристал;1ические
зародыши успевали образоваться раньше, чем
вязкость становилась слишком большой.
Ученые и инженеры научились кристалли­
зовать и обычное стекло. Для этого в расплав­
ленное стекло перед застыванием добавляют
вещества, которые легко образуют зародыши
кристаллизации (например, окись титана). По­
лучается кристаллическое стекло, которое го­
раздо прочнее обычного и может заменять
не только строите.1ьные матер11а.1ы, но даже и
металлы. Такие кристаллические стекла назы­
вают ситаллами.
ll.'IA3}1i\ - ЧЕТВЕI•ТОЕ COCTO.ЯllllE
ВЕЩЕСТВА
Пока мы занимались веществом при обыч­
ных на поверхности ЗемJJи температурах, мож­
но было частицами этого вещества счйтать моле­
куJJы и атомы. Но у нтома тоже есть внутреннее
строение. Uн состоит из ядра, заряженного
положительным э.1ектричеством, и отрицатель­
но заряженных эJJектронов. Если любое веще­
ство нагревать до очень высокой температуры
или пропускать через него сильный электриче­
скиii ток, его электроны начинают отрываться
от ато�юв. То, что остается от атома после отры­
ва эдектрона, имеет положительный заряд и на­
зывается ионом, сам процесс отрыва электронов
от атомов называется ионизацией. В резуль­
тате ионизации получается смесь свободных
СЕМЬ СОСТОЯНИЙ МАТЕРИИ
частиц с положительными и отрицательными
зарядами. Эту смесь назвашr пла з м о й.
При отрыве электронов Р
.
азрываются и все
связи, которые удерживают частицы в кристал-
Соднце (А) состоит из раска.1енной nдазмы. Видимая нами
его поверхность - фотосфера ( Б) - нсп)·скает пдазменные
потоки - хромосферу (В). Эти потоки образуют корону (Г)
и прот)•беранцы (Д). Плазмеииые потоки распространяются
в космичl'ском пространстн<> в н11д е ультрафиолетовых луч"й
(Е), которые ионизируют атмосферу наш1•й планеты (Ж).
Ионосфера Земли состоит 11з холодной плазмы.
365

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
Земля окружена маrн11тным полем, оно как бы вморожено в c.,oli холодной плазмы (1юносферуJ 3емли. Вы­
брошенные Сознцем плазменные потоки «Ударяются» об этот слой, 11 он начинает дрожать, как звен я щий ко­
локол. Плазма растекается вдоль земного магиитиоrо по,;�я и втекает в более плотную воздушную атмосферу вблизи
магнитных полюсов планеты. Так возникает полярное сияние.
ле или жидкости. Казалось бы, в движении
частиц не должно остаться никакого порядка.
И действительно, плазма во многом похожа на
газ. Иногда ее так и называют-газом из за ряжен­
ных частиц или ионизо ванным газом. Но самые
замечательные свойства плазмы проявляются
тогда, когда на нее действует магнитное поле.
При этом в движении частиц плазмы появляет­
ся некоторого рода порядок и свойства плазмы
становятся совсем д ругими, чем у газа. По­
этому плазму и называют чет вер тым состоянием
вещества.
Порядок, который вносит магнитное по­
ле в движение частиц плазмы, - совсем осо­
бенный по рядок. Его можно назвать вин­
товым. Заряженная частица может свободно
двигаться вдоль нап равления магнитного поля.
Но при этом она быст ро вращается вокруг на­
правления магнитного поля. Это в ращение п ро­
исходит по тому же закону, что и в к руговом
ускорителе заряженных частиц - циклотроне.
Поэтому вращение частиц плазмы вокруг направ-
866
ления магнитного поля так и называют-цикло­
тронным вращением. Из сочетания свободного
движения вдоль поля и циклотронного враще­
ния по перек поля получается винтовое движе­
ние частиц плазмы.
Если плазма не слишком плотная, то части­
цы редко сталкиваются между собой: кажда я
движется по своему винту. В поперечном на­
правлении такая плазма может двигаться толь­
ко вместе с магнитным полем. Для наглядно­
сти говорят, что магнитное поле как бы вморо­
жено в плазму. Но снаружи магнитное поле не
может проникнуть в плазму. Если снаружи воз­
никает сильное магнитное поле, оно давит на
плазму с силой, которую так и называют-силой
магнитного давления. Отсюда следует, что
плазму мо
·
ж но удерживать «магнитной стенкей»,
толкать <(магнитным поршнем». Можно сказать:
если вдоль магнитного поля плазма движется
как газ, то при движении попе рек магнит­
ного поля она приобретает в известной степени
свойства твердого тела. На этих свойствах плаз- ·

мы основаны многие явления природы, кото­
рые начинают использоваться и в технике.
Солнце - громадный шар, состоящий из
раскаленной плазмы. С поверхности Солнца
непрерывно стекает спокойный поток плазмы -
так называемый солне чный ветер. Время от
времени на поверхности Солнца происJюдят
вспышки. При каждой такой вспышке в кос­
мическое пространство (<Выплесюшается » мощ­
ный, но кратковременный поток плазмы. Эти
плазменные потоки, достигая атмосферы Земли,
вызывают в ней много замечательных явлений:
полярные сияния, магнитные бури, нарушения
радиосвязи. Дело в том, что и Земля окружена
плазменной оболочкой, только эта оболочка
находится очень высоко. Ведь Солнце наряду
с видимым светом посылает во все стороны
также и невидимые ультрафиолетовые лучи.
Эти лучи воздействуют на атомы воздуха и от­
рывают от них электроны, т. е. производят
ионизацию. Так получается, что верхние слои
атмосферы - ионосфера - состоят из ионизи­
рованного воздуха, иначе говоря, из плаз­
мы.
1\огда великий русский ученый А. С. Попов
изобрел радио, думали, что радиоволны должны
распространяться, как световые лучи - по пря­
мым линиям. Никто и не предполагал, что ра­
диопередачу можно будет (<Пойматы) на другой
стороне земного шара. 1\азалось, что Земля
должна (<затеняты свою (<обратную)) сторону.
Но опыт показал другое. Сейчас все знают, что
хороший приемник свободно ловит передачи
из любого места земного шара. Такую возмож­
ность дает именно ионосфера. Плазма, как зер­
кало, отражает радиоволны. Правда, для этого
п;1азма должна быть достаточно плотной, а
волны - достаточно длинными. 1\ороткие вол­
ны проникают в ионосферу и там поглощаются.
Те, кому приходилось ловить радиопередачи
на волнах короче 19 м, знают, что ночью эти
волны (<Исчезают)): солнечные лучи перестают
д ействовать, ионы и электроны соединяются
в атомы, и плотность плазмы падает.
1\роме плазменной оболочки - ионосферы,
Земля окружена еще и ма гнитным полем. Это
поле (<Вморожено)) в ионосферную плазму. Вы­
брошенные Солнцем плазменные потоки (<уда­
ряютсю)
_
об эту «оболочку)>, состоящую из плаз­
мы и вмороженного в нее магнитного поля, и
она начинает (<дрожаты), как колокол, по кото­
рому ударили. Дрожание магнитного поля за­
ставляет дрожать стрелки всех компасов на
кораблях и все указатели других приборов,
измеряю�дих направление и силу магнитного
СЕМЬ СОСТОЯНИИ МАТЕРИИ
поля. Такие беспорядочные колебания земного
магнитного поля называют магн итным и бурями.
Они следуют за солнечными вспышками именно
через такое время, которое нужно плазменному
потоку, чтобы дойти от Солн ца до Земли. Уда­
ряя о плазменное (<Зеркалт>, отражающее радио­
волны, плазменные потоки могут вызывать и
нарушения радиосвязи. А после удара солнеч­
ная плазма растекается вдоль направления
земного магнитного поля и втекает в более плот­
ный воздух вблизи магнитных полюсов Земли,
т. е . в полярных обла стя х. Там части цы плазмы
сталкиваются с молекулами воздуха и застав­
ляют их светиться. Так возникают красочные
полярные с ияния.
Мы могли здесь рассказать только о немно­
гих, наиболее бросающихся в глаза проявле­
ниях плазмы в космосе. Звезды, газовые ту­
манности, межзвездный и межпла нетный газ
содержат �;�ещество в состоянии плазмы. Твер­
дое вещество содержат только планеты, их
спутники, метеориты и космическая пыль. Если.
для нас на Земле плазменное состояние нажет­
ся необычным, то в космосе это - основное
состояние вещества.
Плазма с каждым годом все чаще применяет­
ся в технике. В обычной пока электрической
лампочке светится раскаленная нить металла. А
в газосветных лампах светится плазма, за полняю­
щая стеклянную трубку. Начинают входить в
употребление плазменные горелки для сварки_
и резки металлов. При всяком электрическом
разряде в газе образуется плазма. Самый про­
стой тип разряда называется вольтовой дугой.
Дуга зажигается, если к двум металли­
ческим
электродам приложить достаточное:
АЕйТЕРИд
ДЕЙТЕРИЙ
(51+&
...
1
��
Одна шеститысячная часть всей природной воды на З.
.
мле -
ато тяжелая вода. В вей вместо обычного водорода соед11нен
с кислородом дейтерий. Пр11 превращен1111 цейтер11я в ге;шй
высвобождается большое количество анергии.
367

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
источник
ПЛАЗМЫ
К НАСОСУ
электрическое напряжение, чтобы пробить на­
ходящийся между ними rаз. Дугу, чтобы она не
расширялась (а расширение приводит к охлаж­
дению), как бы сжимают, окружая кольцевой
струей холодного газа или водя ного пара. В тех­
нике все шире применя ются сжатые этим спо­
со бом дуговые разря ды. Такие приборы назы­
вают плазмотронами. Они применяются там,
где нужна очень высокая температура, напри­
мер в химической промышленности и метал­
лургии.
Самое замечательное, чего ждет человече­
ство ОТ ш1аэмы,- ЭТО ВОЗМОЖНОСТЬ овладеть
управляемой термоядерной реакцией. В любой
природной воде около одной шеститысячной
част и тяжелой воды, в которой водород заме­
нен его тяжелым изотопом - дейтерием. Пре­
вращение дейтерия в гелий - ядерная реакция
с громадным выходом энергии. Но чтобы
человек мог управлять этой реакцией, нужно
нагреть воду до десятков миллионов градусов.
Никакая твердая стенка не выдержала бы такой
жар. Вот тут и придут на помощь свойства
плазмы. Окружив ее «магнитной стенкой», мож­
но создать условия для управляемой термо­
ядерной реакции. Эта задача еще не решена,
но над ней, не жалея сил, трудятся
.
Ученые
(см. ст. «Сто МИЛЛИОНОВ градусов»).
НЕЙТРОННОЕ СОСТОЯНИЕ
ВЕЩЕСТВА
Четыре состояния, о которых мы говорили,
существуют в окружающей нас природе. Но
368
к НАСОСУ
ВАКУУМНАЯ KAMEf'A
С ТИТАНОВЫМИ ИСПАf>ИТЕЛRl,УIИ
Схема установки для полу•1ени11
кратковременной раскаленной
плаамы.
возможны и другие состояния вещества. Они
открыты, как говорится, на кончике пера теоре­
тиков. Советский физик Л. Д. Ландау пред­
сказал, что при очень высокой плотности ве­
щества электроны должны как бы вжиматься
в протоны атомных ядер: все нуклоны в ядре
станут нейтронами, и вещество перейдет в ней­
тронное состояние. Плотность вещества при
этом станет в сотни миллиардов раз больше,
чем в тех состоя ниях, к которым мы привыкли.
Астрономы иногда наблюдают яркие вспышки
так называемых сверхновых звезд. Предпола­
гают, что такая вспышка - колоссальный взрыв,
при котором внешние слои звезды разлетаются,
а внутренность сжимается и переходит в нейт­
ронное состоя ние. На месте взрыва должна
остаться крохотная нейтронная звезда. Астроно­
мы усиленно ищут нейтронные звезды; нелегко
обнаружить такое маленькое небесное теле. Но
ученым известно, какими примерно свойствами
должны обладать такие нейтронные звезды.
Подсчитано, например, что они должны <1све­
титьсю> рентгеновскими лучами. Чтобы поймать
рентгеновские лучи, нужно посылать приборы
на ракетах: через воздук эти лучи не проходят.
И вот приборы на ракетах показали, что рент­
геновские лучи идут от Крабовидной туманно­
сти. А нам известно, что в 1054 г. там, где те­
перь находится эта туманность, китайокие уче­
ные наблюдали поя вление новой яркой звезды.
Предполагается, что там произошел звездный
взрыв. Если удастся доказать, что рентгенов­
ские лучи идут не от всей туманности, а от
маленького тела внутри нее, тогда можно будет

сказать, что действитель­
но в природе обнару­
жено пятое, нейтрон­
ное состояние вещест ва.
Пока это еще не дока­
зано; больше того, есть
данные, что лучи идут
от всего газа. Приходит­
ся считать, что пока
нейтронное
состояние
установлено только тео­
ретически.
АНТИВЕЩЕСТВО
11 ЗПllПJIAaMA
ПРОТОН'
АНТИПРОТОН
•
о
НЕЙТРОН
СЕМЬ СОСТОЯНИИ МАТЕРИИ
Чем больше энергии
вложено в вещеетво,
тем более необычайные
состояния это вещест­
во принимает. Интерес­
но посмотреть, что же
должно произойти при
самой большой мысли­
мой плотности энергии.
Ученые предполагают,
Эшm.1азма - б1·спорnдочно<' cryщ<'Нlte частиц и античастиц.
что при таких услови ях любое сто:1кновение
частиц вызовет образование пары. Ка ждая
такая пара доJiжна состоять из чаетицы и анти­
частицы, которые похож и друг на друга как
предмет и его зеркаJiьное изображение, но
еслп у них есть заряды, то заряды эти противо­
положны. Снача;уа должны образовываться па­
ры электрон - поз итрон, а при еще более
высокой плотноети энергии-пары нуклон -ан­
тинуклон (т. е. протон - антипротон и нейтрон-
:i
i
'-
'lfil.
о24д.э.т.3
Астрономы предполагают,
что при вспышке так назы­
ваемой сверхноuой звезды
внешние се слои разлета­
ютси в J(осмическом про­
странстпt.", а вещество, 113
которого состояло ядро ее,
переходит в нейтронное со­
стояние. На месте взрыва
остается крохотная ней-
тронная звезда.
антинейтрон). Быть может, при каких-либо
космических катастрофах получается такая смесь
частиц и а нтичастиц. Так как заряды у частиц
и античастиц противоположны, то смесь эта
должна быть несколько похожей на плазму;
ее и назвали эпиплазмой (т. е. сверхплазмой).
Пока нет никаких доl\азательств, что в природе
существует эпиплазма. Это - шестое возмож­
ное состоян ие вещества.
ФИаllЧЕСКИii ВАКУУМ - СЕДЫtlОЕ
СОСТОЯНИЕ МАТЕРИИ
Если говорить не только о веществе, а вооб­
ще о материи, то в число ее состояний придет­
ся включить и пустое пространство. Развитие
науки привело к выводу, что пространство
обладает определенными физическими свойст­
вами и каждое тело меняет свойства окружаю­
щего его пространства.
Такое изменение
пространства проявляется, например, когда
различные тела притягиваются или отталки­
ваются. Электрические заряды и токи создают
вокруг себя электромагнитное поле. Перемен­
ное электромагнитное поле распространяется
в пространстве как радиоволны, а ведь у них
та же природа, что и у енета"и у рентгеновсюrх,
869

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
в у гамма-лучей. Все это электромагнитные
излучения с различноii длиной волны. Совре­
менная физика п ришла к выводу, что не только
электромагнитное, но и всякое другое в заимо­
действие распространяется в пространстве
Rак поле, которое можно считать полем излу­
чения. Строго доказано, что все в заимодействия
пе редаются не мгновенно, а со скоростью
света.
Опыт показал, что вещество и излучение -
две формы существования материи. Вещество
может превращаться в излучение, так же как
и излучение в вещество. Можно было бы ска-
зать, что седьмое состояние мат.ерии - это
излучение. Но оказывается , что излучение -
. н еотъемлемое своiiство самого пространства.
Пространство не может существовать без излу­
чения. Современное понятие о пространстве да­
леко от чистой геометрии. Пространство имеет
сложные 11 многообразные физ11чесю1е своiiства,
и в нем всегда п рисутствуют «представителю>
всех возмощных типов излучения. Такое про­
ст ранство, «пустое» только в том с;-.1ысле, что
в нем нет вещества, назвали «физическим ваку­
умом» («вакуум» о значает (<Пустота»). Это и
есть седьмое состояние матер1111.
•
ТВЕРДОЕ ТЕЛО И ЕГО ЗАГАДКJI
:Кристаллы. Холодное зимнее небо роняет
снежинки. Они невесомо опускаются на вашу
ладонь, тают и падают с р уки прозрачными ша­
риками - каплями воды. Если взглянуть на
сне жинку череа лупу, обнаружится с.казочное
яв.чение: шестилучевая звездочка, 11 :каждый
луч ее со стопт из шестигранных столбшюв
(по-научному - ге.ксагональных п ризм). Это
кристаллы льда - тве рдой воды.
Тве рдое состояние вещества - .кристалли­
ческое (см. ст . «Семь состояний материш) .
В кристаллах с пе рвого взгляда поражает их
правильная форма , у каждого вещества сво я.
370
1\ристаллы пова ренной соли (NaCl) образуют
.кубы. 1\ристаллы алмаза - о:ктаэдры,
или
восьмигранники (см. р ис. 1 на цвет. табл. у
стр. 376). 1\ристаллы полудрагоценного камня
берилла - ге:ксагональные призмы, то рцы ко­
то рых по�-;рыты тончайшим узо ром. Не :ка ждый
ювелир смог бы воспроизвести такой узор!
Симметр ия. Основные внешние п ризнаки
тве рдого тела - его п равильная кристалли­
ческая форма и плоскогранность. Правильность
формы выражена в его симметрии, т. е. в свой­
стве совмещаться в разных положениях с поло­
жением исходным. Если кубический кристалл
Р11с. 1 . У кубического кри­
ста.�ла три взаимно перпев­
д11кулярные ос11. Он обла­
дает симметрией •1етиерто-
го 1юрндка.

пове рнуть на 90° вокруг о с и
сим.метрии,
проходящей
через центры противополож­
ных граней, кристалл совме­
стится с исходным положени -
ем. При полном повороте вок­
руг оси на 360° этот кристалл
совместится с исходным поло­
жением четырежды (рис. 1). Кри­
сталл NaCl обладает тремя ося­
ми симметрии четвертоrо по­
рядка (они показаны на рисунке),
четырьмя осями третьеrо поряд­
ка (объемные диагонали куба)
и шестью осями второrо поряд­
к а (они проходят через центры
противоположных ребер).
ТВЕРДОЕ ТЕЛО И ЕГО ЗАГАДКИ
Фигура на рисунке 2, или,
например, изображение левой и
правой перчаток, обладают дру-
Р11с. 2. Плоскость с11мметрии перпендикуля р на
ее по полам.
плоскости чертежа и делит
гой,
зеркальной
симметрией:
левая половина рисунка совмещается с правой,
как предмет со своим отражением в зеркале.
Вместо оси симметр ии здесь существует пло с­
.кость симметрии. Нарисунке2плос­
кость симметри и пересекает плоскость рисунка по
линии, делящей рисунок пополам, и обе плоско­
сти перпендикулярны друг другу. Плоскости сим­
метрии есть и у кристалла (куба) NaCl.
Шаровая форма. Все твердые тела, как бы
ни различались они составом и кристалличе­
ской формой, будучи расплавлены, переходят
в жидкое состояние и стремятся тогда принять
одну и ту же форму - форму шара, капли. Ша­
ровая форма типична для жидкости.
Существуют,
правда, переохлажденные
жид.кости, например о.конное стекло. Расплав­
ленная стекольная масса при быстром охлажде­
нии не успевает зак ристаллизоваться.
'Стекло
по внешнему виду - твердое тело, а по внут­
ренней структуре - жидкость. Если его на­
греть выше определенной температуры, оно
постепенно, а не сразу, как кристалл, превра­
тится в жидкость.
:Монокристаллы и поликристаллические ве­
щества. Твердое тело может быть моно кристал­
лическим, т. е. состоять из одного-единственного
кристалла, или полик ристаллическим, т. е.
состоять из многих кристаллов, иной раз очень
мелких, например в тысячную долю миллимет­
ра . В производстве меди или стали расплав ох­
лаждают быстр о 11 отдельные кристаллики не
успевают подрасти. Получается поликристал­
личес.кое твердое тело. Металлические предме­
ты, окружающие нас в быту, от вилки до подъем-
24*
ного крана, состоят из полик ристаллически:х�
веществ. Структуру такого вещества можно уви­
деть через мик роскоп.
Таким образом, поликристаллические ве­
щества состоят 11з мелких монокриста.'lлов. Но
не следует думать, что монокристаллы всегда
мелки. В природе нередко встречаются кр упные
монокристаллы. Они вырастают в результате
вековых пр оцессов, протекающих в земной ко­
ре. Например, монокристаллы кварца, хими­
ческий состав которого тот же, что и у речного
песка (Si02), вырастают до десятков сантимет­
ров в поперечнике. В Ленинградском горном
институте хранятся монокристаллы кварца,
найденные на -Урале и на -Украине. Высота од­
ного из них 85 см и вес 800 кг, высота другого
83 см , но он менее широк и весит всего пол­
тонны .
В связи с развитием новой техники появи­
лась потребность, например для полупровод­
никовых приборов, как в мелких, так и в кр уп­
ных монокристаллах германия, кремния и дру­
гих веществ. Иногда оказываются нужными
кристаллические иглы, нити и даже тончайшие
пленки. Все эти «капр изы» приборостроитель­
ной промышленности удовлетворяются науч­
ными лабо раториями и специальными заводами.
Закон анизотропии. На монокристаллах лег­
ко проследить действие одного из важнейших
законов прир оды, относящихся к твердым те­
лам,- за кона анизотропии. Суть его в том, что
многие свойства в твердых телах зависят от
направления, в кото ром эти свойства измеря­
ются. Например, теплопроводность кристалла,
измеренная в различных направлениях, може'J
37:1

КАК II ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
оказаться неодинановой. Она будет одинаковой
лишь в параллельных и симметричных направ­
лениях. То же можно сказать об электропро­
водности, твердости, прочности и других свой­
ствах. Иначе говоря, симметрия внешней фор­
мы сопровождается в кристаллах симметрией
физических свойств.
Закон анизотропии проявляется весьма на­
глядно. Из монокристаллов кварца, к примеру,
изготовляют пьезоэлектрические пластинки
(см. ст. «Звук»). Вырезать их нужно под строго
определенными углами к осям симметрии, :к гра­
н ям и ребрам :кристалла и для разных назначе­
ний пластинки - под разными углами. Ошибся
в углах среза-получится бра:кованный прибор.
Симметрия внешней формы и симметрия фи­
зичес:ких свойств на первый взгляд :кажутся
чудом. Они вызваны симметрией внутреннего
строения :кристалла, т. е . расположением ато­
мов в твердом теле.
Элементарная ячейка кристалличес:кой ре­
шетки. Исследование ме;rодами рентгеновского
анализа показало, что правильная форма крис­
таллов, например Бубическая у NaCI, вызвана
правильным расположением в пространстве
атомов (точнее, ионов, т. е . атомов, несущих
положительный или отрицательный заряд: Na+
и CJ-). Их расстояния друг от друга строго равны
по трем взаимно перпендикулярным осям.
Наименьшее :количество атомов :кристалла,
сохраня ющее при уменьшении его размеров при­
сущую данному
:
кристаллу симметрию, называется
элементарной ячей:кой.Нацветной
таблице у стр. 376 (рис. 2) показана элементар­
ная .ячейка :кристалла NaCI. Ребро ее равно
5,63 А, расстояние м�жду центрами ионов
Na+ и CI- равно 2,815 А.
Из элементарных ячеек слагается :кристал­
лическая решетка твердого тела, состоящая из
огромного :количества атомов. Атомы (ионы)
образуют узлы :кристаллической решетки. Про­
межутки между узлами, «незанятые позицию>
называют междуузлиями. В :кристалли­
ческой решетке NaCl ионы Na+ и с1- образуют
соответствующие подрешетки натрия и хлора,
:как бы вставленные друг в друга. На цветной
таблице изображены также элементарные ячейки :
меди - (рис. 3), графита - (рис. 4) и алмаза -
(рис. 5). У каждого атома в решетке меди
12 соседей, в решетке NaCI - 6 соседей, в ре­
шетке алмаза - 4 . Число соседей называется
координационным числом. Кристаллическую
решетку можно рассматривать :как совокуп-
, во сть миллиардов приложенных друг :к другу
элементарных ячеек.
872
Так :как в решетк� NaCI расстояние между
ионами равно 2,815 А, то вдо.ТJь 1 с.ч вещества
(ребро :куба) уложилось бы 35,5 млн., или
3,55·107 атомов. Следовательно, в монокри­
сталле поваренной соли, объем которого равен
1 см3, около 4,45·1022 атомов.
Трудно представить себе такое колоссаль­
ное :количество! Поясним его таким примером.
Если бы в сос уд было помещено миллион лет
назад 4,5·1022 атомов (скажем, гелия) и ежесе­
кундно из этого сосуда вылетал бы в косми­
ческое пространство миллион атомов, то за год
:количество гелия уменьшалось бы в сосуде на
3,2·1013 атомов. А за миллион лет оно уменьши­
лось бы всего на 3,2·1019 атомов, т. е . менее
чем на одну тысячную первоначального коли­
чества (4,5 .1022).
Струвтура кристалла и закон анизотропии.
Даже в :кубической структуре кристалла типа
NaCl, в которой расстояния между атомами
одинаковы по трем направлениям, в других
направлениях (кроме этих трех) свойства крис­
т алла сильно отличаются. Происходит это не
только потому, что в других направлениях меж­
атомные расстояния другие, но и вследствие
иного распределения сил связп между атомами.
Возьмем, например, в кристалле NaCI направ­
ление объемной диагонали. Перпендикулярно
ей чередуются плоскости, образующие грани
октаэдра (см. рис. 2 на цвет. табл.) . Каждая
из этих плоскостей состоит только из одного
типа ионов : из Na+ или из с1-. Силы притяже­
ния, возникающие между такими плоскостями,
в 5 раз больше , чем между плоскостями, па­
раллельными граням куба, в каждой из которых
лежат и те и другие ионы: и Na+, и с1-.
Вот по­
чему кристалл NaCl гораздо легче раско.'lоть
по плоскостям :куба, чем по плоскостям окта­
эдра. Поэтому же и кристаллизуется поварен­
ная соль, образуя кубы. Непонятная на первый
взгляд «прихотм природы оказывается вполне
объяснимой!
У алмаза тоже кубическая решетка. Но
атомы углерода предпочитают образовывать
октаэдрические кристаллы. Каждый атом в ал­
мазе окружен четырьмя соседями (см. рис. 5
на цвет. та!)л.). Расстояние между ними строго
равно 1,54 А. Такие короткие связи очень проч­
ны, недаром алмаз - самое твердое природное
вещество на Земле. Все четыре связи одинаковы,
во, если из алмаза вырезать симметричный
куб, количество связей, проходящих через еди­
ницу поверхности на грани такого куба, зна­
чительно больше, чем на грани октаэдра. Поэто­
му-то алмаз гораздо легче раскалывается (и

кристаллизуется) по граням октаэдра, а не по
граням куба.
В некубических криста.1
1
лах закон анизотро­
пип проявляется еще более разительно. На
цветной таблице (рис. 4) показана кристалличе­
ская геl\сагональная решетl\а графита. Графит,
как и алмаз, состоит из атомов углерода. Но
атомы образуют в нем не октаэдры, а шести­
угольные кольца. В пределах слоя этих кол�ц
расстояние между атомами равно всего 1,45 А.
Эти связи очень прочны, прочнее, чем у алмаза.
'У каждого атома в слое три связи. Четвертая
же связь, черпендикулярная слою, очень длин­
на - 3,35 А - и потому слаба. Она легко рвет­
ся. Графит хорошо расщепляется вдоль слоев
решетки п очень мягок. В направлениях, па­
раллельных и перпендикулярных к слоям, в гра­
фите резl\о отличаются не только твердость,
во и теплопроводность, электропроводность
и многие другие свойства.
Реальные кристаллы. В идеальном кристал­
ле, каким мы только что его описали, «дальний»
порядок охватывает миллионы миллионов ато­
мов. В тех же кристаллах, которые существуют
в природе, т. е. в реальных кристаллах, этот
порядок чаще всего нарушен (см. на цвет. табл.
рис. 6). В простом веществе, допустим в меди,
атомы могли бы занять все узлы решетки только
при абсолютном нуле, т. е . при О 0I\. При более
высокой температуре атомы переползают из
<(Стеmевит» 11з <(Ка11ьона дьиво"1а»
ТВЕРДОЕ ТЕЛО И ЕГО ЗАГАДIЫ.
глубины кристалла на его поверхность, остав­
ляя внутри незанятые узлы, «вакансии».
Строение такой решетки называется «структурой
Шоттки». При еще более высокой температуре
атомы просто смещаются с узлов в междууз­
лия - образ уется «структура Френкелю>. Атомы
примесей могут проникнуть в кристалл и за­
нять места в свободных узлах. Такое построе­
ние называется структурой замещения. Могут
они поместиться и в междуузлиях, тогда
возни:nает структура внедрения.
В химических соединениях или сплавах их
компоненты могут образовывать между собой
структуры замещения. При повышении темпе­
ратуры все больше атомов одного компонента
проникает в позиции второго компонента и, на­
оборот, атомы второго компонента - в позиции
первого. Беспорядок в кристаллах усиливаете.я.
Все эти нарушения правильной структуры
крист�:.ллов в отдельных узлах или междуузли­
ях называются точечными дефектами. Они
очень влияют на механические, электрические
и другие свойства кристаллов. Кроме точечных
дефектов, в твердых телах и стеклах возникают
и протяженные дефекты, которые также отра­
жаются на многих свойствах вещества, например
на прочности (трещины, сдвиги слоев и др.) .
Механическая прочность тела. Железная
проволока сечением в 1 мм 11 разрывается силой
тяжести в 100 кг. 'У стеклянной нити того же
Радиус п.1анеты Земля 6378 км.
Ж11вущий на ней человек изучил толь­
ко самый верхний слой - тончайшую
пленочку земной коры толщиной всего
6-7 км. Что делается глубже, пока
еще неизвестно. Плотность горных
пород земной коры 2,5-3,0 "•. ..,.•.
П.1отность всего земного шара 11зу­
чили астрономы и физики, она оказа­
лась 5,5 кz-м•. Из чего же состоит
Зем.,я? Почему она такая тяжелая?
Может быть, средняя плотность
земного шара потому так велика,
что на большой глубине под дей­
ствием немыСJiимо огромного дав.1е­
m1я возникают из тех же злемеитов.­
которые на поверхности земного шара
образуют земную кору, новые удиви­
тельные соединения, новые матер1tалы;
обладающие большой плотностью.
Стешев подверг кварц давлею1ю в
150 тыс.а.,.,.
.
при температуре 1500° Ц.
Эти условия соответствуют глубине
всего в 400 км. ПoCJie трудной и дли­
тельной работы ' Стешев получил
всего несколько круп1tиок загадочного
.минёрала. Такого минерала никто
никогда на Земле не видал. Составом
он не отличался от кварца' НО его ПJIOT•
ность оказалась 4,35 вместо 2,65к•·-'•3•
Такую большую плотность имеют ниж­
ние CJioи земной мантии.
Реш11ть ату задачу взялся мо.10-
дой советский ученый Сергей Стеwев.
Всем хорошо 11звеетен обычныi1 кварц.
В его кр11ста.1.111ческой решетке
вокр�·г каждого атома кремния рас­
положены четыре атома к>1е.1орода.
Знаменитый (<Каньон дьявола» в
Америке-гигантский кратер, который
образовался от взрыва некогда столк­
нувшегося с Землей огромного метео­
рита. Американские ученые, узнав об
опытах Стешева, решили проверить,
не мог JJf! возникнуть при ударе метео­
р11та о Землю в «Каньоне дьявола»
у1111в11тельиый минерал, полученный
11скусствеиио в Академии наук СССР
23-летиим советским ученым. В поро-.
дах, образовавшихся при взрыве ме­
теорита, ученые нашли тяжелый крем­
незем. Он полностью совпадал с тя­
желым кварцем, созданным в Москве
Стешевым. Американские ученые пред­
ложилп назвать новый минерал, най­
денный в «Каньоне дьявола» , в честь
его
первооткрывателя
«Стешевн­
том••.
873

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
сечения сопротивление может быть разным;
допустим, что оно 10 кг 3 (в среднем). Можно ли
считать, что это подлинная прочность стеl\ла?
Советсl\ие ученые доl\азали, что если вместо од­
ной толстой стеl\лянной нити сечением в 1 мм 2
взять стеl\ЛЯННОе ВОЛОl\НО, допустим, из 1000
нитей с сечением у каждой в О, 001 мм2, то
прочность таl\ОЙ составной нити будет уже
1(JO кг/мм 2 , т. е . сравняется с прочностью же­
лезной проволоl\и.
Причин а таl\ого загадочного явления Оl\а­
залась прежде всего в ...трещинах. Если одна­
единственная 1'рохотная трещина возниl\нет
в волоl\не с сечением в 1 мм 2 , то под действием
нагрузки эта трещина начнет быстро удлинять­
ся, по l\а волоl\но не лопнет. Если та же трещина
ВОЗНIШНет в одном из ВОЛОl\ОН нити, состоящей
из 100 0 тончайших ВОЛОl\Онец, то это ВОЛОl\НО
таюке лопнет, но другие 999 волоl\он останутся
неповрежденными и стеl\лянная нить выдер­
жит нагрузl\у.
Это замечательное явление уже используется
в техниl\е. Стеl\лянное воЛоl\но, сl\леенное пласт­
ма ссой, - прочный материал «стеl\лопластию>.
Из него можно дел ать детали машин, не менее
проч ные, чем из стали, но гораздо более легl\ие.
:Многим любителям рыбной ловли уже известны
вел1шолепные удилища из стеl\лопластиl\а. Они
легl\и и очень прочны.
Tal\oe свойство реальных кристаллов и сте­
кол открывает перед техниl\ОЙ практичесl\ие,
очень ва жные Iiерспеl\тивы :
1. Если нужно резко повысить прочность
t'всрдо го тела, не обязательно создавать новое
вещество. Устран ив дефекты, можно во много
раз повысить прочность уже известного вещест­
ва . Советскиэ ученые давно доказали такую
возможность .
2. Чтобы понизить прочность твердого тела
и тем самым облегчить его помол (дробление),
можно ввести в него так называемые поверх­
ностно-активные вещества, которые проникают
по трещинам в глубь криста лла и значительно
облегчают его раскалывание. Это таl\же доказа­
ли своими исследованиями советские ученые -
П. А. Ребиндер и др. (см . ст . «Замечательные
явления на границах между телами»).
Удивительные свойства полупроводников.
Много веков известны человечеству металлы.
Из них изготовлялись машины, оружие, утварь.
В прошлом веке открыли возможность пере­
давать на многие тысячи километров электри­
ческую энергию, т. е . поток электронов. Метал­
лы, например серебро, медь и алюминий, ока­
зались превосходными проводниками электри-
374
чества. Электрические провода изг<fТовляются
сейчас из меди и алюминия, а для очень точных
приборов - и из серебра.
Для электропередач, кроме проводов, по­
требовались и изоляторы, например слюда,
фарфор. Такие материалы называют диэлеири­
ками. Они практически не проводят ток и пре­
пятствуют его потерям в электрической сети.
Но существует много веществ, промежуточных
по электропроводности между металлами и ди­
электриками. Он и и проводники плохие, 11 изо­
ляторы негодные.Их назвали полупроводниками.
До второй четверти нашего века они не вызы­
вали особый интерес. А сейчас нет школьника,
1юторый не слыхал бы о фантастическпх свой­
ствах полупроводников (см. ст. «Полупровод­
ники»).
Полупроводники спосо бны непосредственно
превращать энергию нагретых тел и даже энер­
гию солнечного луча в энергию электрическую.
Полупроводники позволяют сильно уменьшить
размеры многих приборов. Например, электрон­
но-счетная машина совсем еще недавно занимала
целый зал. Машина с такими же возможностями,
построенная на полупроводниках, может быть
помещена в чемодане. Мотор-генератор, превра­
щающий перемен ный ток в постоянный, веспт
полтонны, а полупроводниковый выпрямитель
тока такой же мощности - всего полкилограмма.
О многочисленных применениях полупро­
водников подробно рассказано в статье «Полу­
проводники». Все эти богатейшие для техники
возможности кроются в крохотн ых кусочках
твердых или стеклообразных тел, обладающих
свойствами полупроводников.
В чем сущность свойств полупроводника?
Почему, например, металл свинец не может за­
менить в технике своих соседей по четвертой
группе периодической системы - полупровод­
ники германий и кремний?
Различие между металлами, полупроводни­
ками и диэлектриками вызвано тонкими дета­
лями в строении атомов и особенностями энер­
гетических уровней в твердых телах . Атом
любого элемента состо;:.J' из положительно за­
ряженного ядра и окружающих ядро электро­
нов. Чис.1
10
электронов в атоме равно порядко­
вому номеру элемента в периодической системе.
Электроны расположены в оболочках, на
у р о в н я х, строго определенных для каж­
дого элемента. Число электронов для каждого
уровня строго ограничено. Между уровнями -
«запрещенные» для электронов области. Элект­
рон может при определенных условиях «соско­
чить» со своего уровня, но тогда он должен пе-

рейти на соседний уровень. Механизм электрон­
ных переско1юв в атомах любых элементов один
и тот же : переход с уровня, более близкого к яд­
ру, на более дальний требует затраты строго
определенного количества энергии - кванта
энергпп ( + Е); при: обратном переходе выделя­
ется такой же квант энергии (-Е).
Когда твердое тело образуется, происходит
сближение атомов. Одинаковые уровни в мил­
лиардах атомов влияют друг на друга, эти уров­
ни чуть-чуть смещаются, и J1 твердом теле воз­
никает поло с а, или зона уровней. Если
самая внешняя зона заполнена электронами
(тогдаееназываютвалентной),топере­
мещение электронов в электрическом поле не­
возможно , так же как и перемещение пасса­
жиров в битком набитом трамвае. Следователь­
но, невозможна и электропроводность. Если же
ва.тrентная зона перекрыта (рис. 3) зоно й, в ко­
торой эле1>тронов нет или их мало (з о н а
про в оди м о сти) , то электроны валент­
ной зоны легко переходят в зону проводимости
и магут там перемещаться в электрическом поле
(эдектронная проводимость ). Электроны , остав­
шиеся в валентной зоне , приобретают заметную
способность передвигаться в определенном по­
рядке , который называется дыр очным ме­
ханизмом.
Электрические свойства твердого тела зави­
сят от разности энергий валентной зоны и зоны
проводимости. Если зона проводимости и валент­
ная зона взаимно перекрываются - это металл
(см. рис. 7 на цвет. табл. у стр. 376); если зоны
не перекрываются и энергетический разрыв ЛЕ
(запрещенная зона)междувалентной
зоной и зоной проводимости невелик - это
полупроводник; если зоны не перекрывают­
ся и энергетический разрыв ЛЕ велик - это
диэлектри:н:.
Когда валентная зона 11 зона провод имости
не перекрыва ются , электрон , чтобы переско­
чить через запрещенную зон у, должен получить
квант энергии ЛЕ, например , за счет теплового
движения атомов или за счет действия света.
В валентной зоне , когда из нее уходит электрон
е- , остается положительно заряженная «дыр­
ка» е+ . В зоне проводимости электроны е- дви­
жутся в электрическом поле к аноду , т. е . к по­
ложительно му электроду. Это электронная про­
водимость. Электроны валентной зоны перес1\а­
кивают на сво бодные места (на положительные
{<Дырки») и также передвигаются к аноду , оставл яя
за собой «дырюм. Этот процесс удобнее опи­
сать так , что «дырки» е+ движ утся к отрица­
тельному электрод у-к катоду. Поэтому такой
ТВЕРДОЕ ТЕЛО И ЕГО ЗАГАДКИ
ЗОНА
ПРОВОДИ МОСТИ
ВА��НТНАЯ / _
\�::.;-________··::.
..
.
-,=�-
�,;1•'''' /
•• ",
�
.
·.·--.
!jjf;J!l
ll
�._..
._
{!'
ИЭОЛИ РОВАННЫiJI
,'1
1"
АТОМ
_-;:- ·
ПОЛУПРОВОДН ИК
ДИЭЛ ЕКТРИК
МЕТАЛЛ
Р11с. 3 . Образован11е энергет11ческих зон при сбл иже11и11 атомов,
процессиназван дырочной проводи-
11
1
о с т ь ю. Сумма обоих процессов - электрон­
ной и дырочной проводимости - определяет
электропроводность чистейшего полупровод­
ника.
Когда температура полупроводника повы­
шается, из валентной зоны все больше и боль­
ше электронов переходит в зону проводимости .
В 1 см3 чистейшего германия 4 -1022 атомов; при
комнатной температуре из валентной зоны пере­
ходит в зон у провод имости только 1013 электро­
нов , т. е . 1 электрон на 4·109 атомов. При тем­
пературе 300° Ц такой переход совершают уже
1017 атомов , т. е . в 1000 раз больше. Электро­
проводность Ge очень быстро растет при
.
по­
вышении температуры.
Аналогично ведет себя полупроводник,
когда на него падает свет , если энергия свето­
вого кванта достаточна для перескока одного
электрона.
В обыкновенном Двер ном звонке электри­
ческая цепь разомкнута. Нажимая пальцем
кнопку, вы соединяете эту цепь , и сигнализа­
цня начинает работать. Если в разрыве цепи
поместить не кнопку, а пластинку полупровод­
ника , прибор становится автоматическим. При
комнатной температуре и в темноте сопротивле­
ние в такой цепи очень велико и ток через полу­
проводник не идет. Но если полупроводник хотя
бы незначительно нагреется (например , коrда
вблизи возник пожар) , его электропроводность
сильно возрастет, и звонок поднимет тревогу ,
Можно сконструировать и прибор , который ав­
томатически включит противопожарные уст­
ройства.
Если луч света , падающий на полупровод­
ник, период ически прерывается проходящими
мимо людьми , электропроводность полупро­
водника то возрастает (освещение) , то падает
(тень). И полупроводник будет автоматическц
включать и выключать счетчик. Прибор точно

КАК И И З ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
сосчитает, с:ноль:но людей прошло. Так устрое­
ны на многих производствах автоматичес:ние
счетчи:ни для регистрации сходящих с :нонвей­
ера готовых деталей.
Примесная электропроводность. Если полу­
проводни:н не чистый и в нем ест ь :на:ная-то незна­
чительная примесь, :ноторую даже нево зможно
определить обычным химичес:ним анализо11J, фи­
зи:ни говорят, что в нем «следы примеси». Свой­
ства полупроводника со следами примеси уже
иные, чем у чистого. Воз ьмем, например, полу­
проводни:н Ge со следами As. "У атома As 5
внешних электронов (это элемент 5-й группы
периодичес:ной системы), а у тома Ge 4 внешних
эле:нтрона. Лишний эле:нтрон в валентной зоне
не нужен, так :на:н все места в атомных связях
заняты . В та :ном полупроводни:не возни:нает о:но­
ло зоны проводимости «донорный>), т. е . отдаю­
щий эле:нтроны, примесный уровень (см. рис. 7
на цвет. табл. у стр. 376). Энергетичес:ний разрыв
ЛЕD между зоной проводимости и примесной
зоной очень мал, эле:нтрону примесного уровня
нужно придать очень мало энергии, чтобы он
мог перес:н очить в зону проводимости. При ком­
натной температуре :наждый атом As отдает
в зону проводимости 1 электрон. Допустим, что
в этом полупроводни:не 1 атом As приходится
на 108 атомов Ge. Следовател ьно , в 1 с.м3 на
4- 1022 атомов 4-1014 атомов Аs. "Уже при :номнат­
ной температуре в зоне проводимости о:нажется
4 . 1он эле:нтронов, т. е. в 40 ра з больше, чем
в беспримесном полупроводнике. Полупровод·
ни:н с донорным примесным уровнем назы­
вается эле:итронным и обозначается
бу:нвой п, например n-Ge.
Следы примеси галлия придают германию
уже совсем другие свойства. В валентной обо­
лоч :не галлия всего 3 электрона. След овател ь..
но, в :на ждой свя зи не хватает одного электрона
в рез ультате замены атома Ge на атом Ga. В ва­
лентной зоне такого полупроводюша образ у··
ются положительные дыр:ни, а в запрещенной
зонепоявляется а:ицепторный,т.е.при­
нимающий эле:нтроны, уровень. Переско:н элек­
трона из валентной зоны на а:нцепторный уро­
вень та:н же требует ничтожную затрату энергии.
Он происходит уже при комнатной температу­
ре. Такой примесный полупроводни:н называет­
ся дырочным и обозначаетсябу:нвойр,
например p-Ge. Примесь 1 атома галлия на 108
атомов германия вызывает высокую дырочную
эле:нтропроводность .
"Ученые и инженеры , :комбинируя электрон­
ные и дырочные полупроводни:ни, со здают мн°'"'
гочисленные «чуд одейственные» приборы.
878
Загадка термоэлектрогенератора. Если при­
вести в сопри:носно вение электронный и ды роч­
ный полупроводни ки 11 нагреть место их соеди­
нения, то на холодном конце электронного полу­
проводника сгруппируются электроны е- , а на
холодном �юнце дырочного полупроводню>а -
дырки е+ . Такая пара полупроводников назы­
вается термоэлектрогенераторо:м. Соединив хо­
лодные концы полупроводников проводом, мо ж­
но получить ток. Это легко обнаружить, нагрев
место соединения полупроводнш>ов и включив
электролампоч:ну в цепь.
Полупроводниковый выпрямитель тока . Ес­
ли ввес ти в полупроводник различные прпме­
си, можно полу чить в нем области - электрон­
ную и дырочную. В таком полупроводнике об­
разуется пограничный слой между этимп об­
ластями. Пограничный слой иногда называют
р-п -переходом. Он позволяет испол ьзовать по­
лупроводни к как выпрямитель тока. Когда
к дырочной области (+облас ти) подключен
анод ( +э.1 ектрод), а к эдектронной областп
(-области) подключен катод (- электрод) ,
то ток, естественно, легко проходит через полу­
проводник (пропускное направление). Но если
к +области подключить -эдектрод, а к -облас­
ти подключить +электрод , то заряды оттекут
от р-п- перехода R противоположно заряженным
электродам 11 ток через полупроводник почти
не сможет проходить (запорное направление).
Дви жение электронов и полож ительных дырок
через цепь регулируется р-п -переходом с ог­
ромной скоростью
В одном и том же полупроводнике можно
поместпть два и более р-п -переходов. Это поз­
водяет создавать транзпсторы. Такие транзи­
сторы - основная действующая часть крохот­
ных радиоприемников, легких переносных те­
леви зоров и других замечательных приборов.
:1. У кристаллов различных веществ различная гео­
метрическая форма: а - у поваренной соли - куб ;>
6 - у алмаза - октаэдр, в - у берилла - rекеаго­
вальная пр11Зма; г-торцы кр11еталла берилла покры­
ты сложным узором. 2. У каждого атома в криетал­
Jlе поваренной соли шесть соседе й, они расположены
по трем вза11мно перпендикуJ1ярным осям. 3 . В кри­
сталле меди у каждоrо атома двенадцать соседей.
4. Кристаллическая структура графита. б. Струк -
тура алмазного кристалла. б. Различные струк- 11
11.
..
туры реальных кристаJ1лов: а - структура Шот- ..
..
.
тки , атомы переползают 11з r.1убнн криста.1ла на
поверхность , оставляя внутри незанятые узлы;
6 - структура ФренкеJ1я, атомы смещаются из
узлов в междууз.111я; в - структура замещения,
атомы пр11мсен проИ11кают в кристалл и размеща­
ются 11 узлах ; i - структура внедрения примеси в
межд�·)·зл11я ; д - сложная структура взаимозаме­
неиия А на В 11 В на А; е-стр)·ктура вычитания; не­
которые уз.1ы ост11ютея вакантным и . 7. Схема уров·
вей в полупроводн11ковом матер11але с примесями.

ВЛИЯНИЕ КАТАЛИЗАТОРОВ НА ХОД РЕАКЦИИ
Yt<CYCHblЙ ,.
..
НО
АЛЬДЕГИД ""'2 4
АЦЕТОН
с,н.о
. УГЛЕРОД
88
8 ВОДОРОД
8
ВОДОРОД
• КИСЛОРОД

Главная загадка примесных полупроводни­
ков. Свойства твердых тел определяются их
химическим составом и строением элементарных
ячеек. Но за последние десятилетия выясни­
лось, что закон постоянства состава («где бы и
как бы соединение ни получалось, его состав
и свойства всегда одни и те же») для твердых
тел иногда неприменим. Например, в сульфиде
свинца PbS на атом РЬ не обязательно прихо­
дится один атом S, а формулу сульфида свинца
правильнее было бы понимать как соотношение
РЬ и S между РЬ о,9995 S и PbS о,9995· Если
тело - полупроводник, как в данном случае,
то даже ничтожные отклонения индексов РЬ и S
в сторону недостатl\а серы или свинца влеRут
за собой резкие изменения электропроводнос­
ти и других физических свойств (иногда в мил­
лионы раз!). Меняется и знак проводимости.
Недостаток серы ведет к образованию элек­
тронного, а недостаток свинца - дырочного
сульфида свинца. Мы столкнулись здесь с не­
ожиданным и важным явлением: в основном
составе полупроводника не только присутст­
вующие, но и отсутствующие атомы влия­
ют на его полупроводниковые свойства так же
сильно, как и ничтожные следы примесей. Этот
загадочнейншй на первый взгляд фант выз-
ТВЕРДОЕ ТЕЛО И ЕГО ЗАГАД·КИ
ван тем, что в твердом теле разнородные атомы
частично ионизированы, т. е. несут на себе то1·
или иной заряд: например, рьn + sn - . Если ИЗ
решетки кристалла испа-рить даже следы свин­
ца, то +заряд, который был на этих атомах,
останется в кристаллах, например на ва­
кансии, оставленной испарившимся атомом.
Эти +заряды, условно связанные с вакансиями,
совершенно аналогичны а1щепторному дыроч­
ному уровню и резко увеличивают электро­
проводность. Если испарить следы серы, то
- з аряды останутся на вакансия� серы и будут
вести се бя аналогично электронному донорному
уровню, элеRтропроводность таl\же резко воз­
растет. В полупроводниках ничтожные концен­
трации точечных дефектов, вызванные струl\ту­
рой вычитания, т. е. нехватl\ой части атомов
(см. рис. 6 на цвет. табл.), влекут за собой
исключительно важные научные выводы и тех­
нические возможности.
***
Мы 1\оснуш1сь здесь только некоторых из
многочисленных загадок твердого тела, кото рые
уже раскрыты пытливым умом исследователей.
На пороге знаний - новые загадки и новые от­
крытия.
•
Образован11е есть то, что ооJтается,
иогда все выученное уже забыто.
***
Математические методы 11сследова·
н11я часто открывали перед ф11з11ками
неожиданные горизонты. Напомним
фразу великого французского мате­
матика Анри Пуанкаре: «Уравнения
стали умнее тех, кто их выводит».
***
Луи Пастер:
«Не всякому помо-
гает случай. Судьба одаривает только
подготовленные умы » •
Удивительное свойство катализат�ов - их 11зби­
рательность. Одно и то же исходное· вещество -
спирт - с помощью различных катал11заторов мож­
но превратить в вещества е разл11чными свойствам11
и строением.

IIPEBPAЩEllllЯ
ВЕIЦЕСТВА
ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Если бы вы захотели пересчитать все извест­
ные химичес1ше соединения, то это заняло бы
неимоверно много времени. Одних только сое­
диненпii углерода насчитывается около двух
миллионов. Среди них есть такие сложные, что
химическая формула любого из них с трудом
могла бы умесппься на этой странице.
Чтобы подучать огромные молекулы, со­
стоящие из сотен и тысяч ·атомов разных эле­
ментов, химиnп пзуч11ш1 соединения простые и
простейшие; узнали, какие именно элементы
и в каком количестве в ннх содержатся.
878
Еще никто не знает, скольRо разных мине­
ралов существует на Земле. Хпмичесю1е эле­
менты могут образовать в природе самые разно­
образные сочетания. Есть, напрпмер, минералы,
в которых содержится сразу неско.1ько десятков
элементов таблицы Менделеева: одни в большем,
другие в меньшем 1\оличестве, третьи в виде
чуть приметных сдедов. Но химик точно знает,
Cl\OЛLKO именно :пих э.�еl\tентов заRлючено в
кристаллах минерала; десятые и сотые доли
процента примесей не ускользнут от его
внимания.

Из чего состоит то пли иное вещество, сколь­
ко чего в нем содержится - вот вопросы, на
которые дает ответ химический анализ. Из всех
химических наук аналитическая химия, пожа­
луй, самая древняя наука и, можно добавить,
очень нужная. Ученый может получить новое
соединение, но без знания методов химического
анализа он не с�ю;�-;ет опреде.1ить, какие элементы
и в каком Rоличестве входят в его состав.
Он может оGнаруашть минерал, но ему бу­
дет неясно, новыlr лп это минерал пли уже
известный.
Химпчесю1й анализ - первый помощник
специалистам самых разных отраслей науки.
Исследуя спектры небесных светил, астрофизик
узнает, каю1е именно элементы и в 1ш1шх коли­
чествах содержатся в звездах. Из богатого ар­
сенала аналитических методов он чаще всего
пользуется спектральным
анализом.
Ме­
таллургу химический анализ необходим при
выплавке сталей 11 чугунов. С огромной пользой
аналитической хпм1ш согласится п агроном.
Ему важно знать, какие именно удобрения сле­
дует вносить, чтобы улучшить урожай. А для
этого прежде всего следует пзучпть состав поч­
вы. Археологу хпмический анализ по�южет
установить, например, из какого сплава изго­
товлено старинное металлическое украшение.
Количество аналитических методов очень
велико, и оно постоянно увеличивается. Рас­
смотрим лишь некоторые из них.
ВСЕ ЦВЕТ А РАД�ТИ
Оказывается, многие элементы образуют
окрашенные химические соединения. Они дают,
как говорят химики-аналитики, характерные
цветные реакции.
Пред положим, что мы взяли несколько ста­
канчиков и в первый из них налили раствор
медного купороса CuS04 (сернокис.'lой меди),
во второй - хлорного железа FeCl3, в третий -
азотнокис.'lого алю:шшия Al(N03}3, в четвер­
тый - сернокислого натрия Na2S04• Если пос­
ле этого в каждый из стаканчиков прилить не­
много раствора гидроокиси аммония NH40H
(нашатырного спирта), то в первом стаканчике,
там, где был голубоватый раствор сернокислой
меди, выпадает зеленоватый осадок, который
при дальнейшем добавлении раствора гидрооки­
си аммония полностью растворяется. Раствор
приобретает красивый васильковый цвет. Во
втором стаканчике, где первоначально был сла­
бо-зеленоватый раствор хлорного железа, вы-
J'
.
•1/1 1•• 11,
�
J "''
''.
У/ 11..,
,
\\(ff"'
ХИl\ШЧЕСКИИ АНАЛИЗ
Труд химика-аналитика можно сравнить с поисками иголки
в стоге сена.
падает бурый осадок гидроокиси железа; в треть­
ем, где раствор был бесцветен, образуется белый
осадок гидроокиси алюминия, а в последнем -
раствор по-прежнему останется прозрачным.
Характерная окраска раствора или выпаде­
ние осадков определенного цвета - вот на
чем основаны методы качественного анализа
раствора.
Правда, некоторые вещества образуют оди­
наково окрашенные осадки. Так, гидроокиси
цинка, свинца, алюминия, магния белого цвета.
Кроме того, если смешать несколько солей
различных металлов и прилить туда раствор
гидроокиси аммония, то наложение одних цве­
тов осадков на другие сильно исказит всю кар­
тину и нельзя будет достаточно правильно су­
дить о составе смешанного раствора.
В этих случаях химические элементы пред­
варительно разделяют. Иногда та:ким методом
может быть хроматография (см. ст. «Удиви­
тельная судьба одного простого открытия»).
Иногда это могут быть просто обычные методы
раздельного осаждения.
Существуют и другие методы разде.'lения
химических элементов, напр�шер э к стр а к­
ц и я. Большинство неорганических веществ
практически нерастворимо в органических раст­
ворителях, например в бензо.'lе, хлороформе,
эфире. Но известно, что многие органические
вещества хорошо растворяются в подобных раст­
ворителях. Химики решили воспользоваться
этой своеобразной ситуацией. Оказа.1ось, что
если соль какого-либо метал.'lа взаимодеi!ствуеr
со сложным органическим соединением, то обра­
зовавшееся вещество, хотя оно и содержит ато­
мы металла, обладает многими свойствами орга-
379

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
М1:тодом экстракции из сложной смеси выделают лишь
нужные элементы.
ничес:ких веществ, в том числе и свойством раст­
воряться в органичес:ком растворителе. Та:к,
например, если в растворе смесь солей алюмй­
ния, ни:келя 11 трехвалентного железа, да еще
если в этой смеси железа очень мало, то, осаж­
дая та:кой раствор гидро�:кисью аммония, труд­
но будет установить, есть ли железо в растворе.
Одна:ко если прилить :к нашему раствору доста­
точное :количество раствора род.анистого аммо­
ния NH4CNS, а затем добавить вссольшое ноли­
чество этилацетата и всю смесь тщательно пере­
мешать, то первоначально бесцветный слой этил­
ацетата (он не смешивается с водой) о:красится
в темно-:красный цвет. Это железо с роданидом
образовало та:к называемое роданистое железо,
:которое растворимо в этилацетате значительно
лучше, чем в воде, и о:крашено в красный цвет.
Пра:ктичес:ки все железо перейдет в этилацетат,
оно э:кстрагировано этилацетатом. В результате
этих реа:кций железо отделено от всех осталь­
ных элементов, пр11сутствовавших в растворе,
а по :красной о:крас:ке роданистого соедпнения
установлено, что в растворе было железо. Обра­
зование :красного роданистого соединения -
чрезвычайно чувствительная реа:кция на же­
лезо. Этим способом можно определить о:коло
10-7 г, т. е . одну десятимиллионную долю грам­
ма, железа в 1 CJt3 раствора.
СВЕТ И ЦВЕТ
Больше ста лет назад немец:кий ученый
Г. Кирхгоф обратил внимание на то, что соли
различных метал.1
1
ов о:крашивают бесцветное
пламя газовой горел:ки в разные цвета: соли
:калия о:крашивают пламя в бледно-фиолетовый
цвет, соли натрия - в желтый, соли меди -
в зеленый, :кальция - в :карминово-:красный.
380
Кирхгоф решил, что это поможет ему быстро
и безошибочно устанавливать присутствие тех
или иных химичес:ких элементов в изучаемых
веществах. Однако радость ученого была преж­
девременной. Все шло хорошо до тех пор, пока
он пользовался чистыми солями. Но если сме­
шать соли натрия и :калия, то на фоне ярко­
желтого пламени горелки (присутствие натрия)
разглядеть фиолетовую окраску :калия практи­
чески невозможно.
На помощь пришел хими:к Бунзен. Он пред­
ложил рассматривать пламя горелки, в :которое
вносится смесь солей, через специальный при­
бор - спектроскоп. Если через призму спектро­
скопа пропускать белый свет, он разлагается
в спектр. Но в отличие от других источни:ков
света пламя газовой горелки, в :которое вносили
испытуемую соль, давало не сплошной, а ли­
нейчатый спектр, причем положение линий на
спектре было строго постоянным. Так, напри­
мер, если рассматривать в спектроскоп пламя,
в которое внесли соли натрия, то можно раз­
личить две очень близ:кие друг к другу и очень
яркие желтые линии.
Если в пламя внести соли калия, то на спек­
тре видны одна красная и две фиолетовые
линии. Линии определенных химических эле­
ментов появляются на одних и тех же местах.
Например, если внести в пламя хлористый,
сернокислый, углекислый, азотнокислыи на­
трий, то линии натрия будут появляться на
одном и том же месте.
Кирхгоф и Бунзен ис пробовали все извест­
ные элементы и соединения «на пламя» и соста­
вили список химических элементов с ха­
рактеристиками их линий в спектре. Можно
Окраска пламени часто характеризует присутствие тоrо или
uнoro элемента. 3е.1еный цвет говорит о наличии меди, жел­
тый-натр1111ит.д.

было безошибочно анализировать смеси ве­
ществ.
Так родился спектральн ы й
анализ. Он оказался не только прекрасным
методом качественного определения присут­
ствия в смесях тех или иных химических эле­
ментов, но и занял почетное место среди коли­
чественных методов анализа.
ПАСПОРТ ХИМИЧЕСКОГО
СОЕДИНЕНИЯ
Говорят, что художники и текстильщики,
связанные с Iiрашением тканей, различают око­
ло двух десятков оттенков красного цвета. Для
химиков такое «интуитивное>t различие цветов
и оттенков не подходит. Ведь даже раствор од­
ного и того же вещества в зависимости от его
концентрации может иметь оттенки. Кроме
того, химия знает множество разнообразных
веществ и немало их окрашено в сходные цве­
та. Здесь на помощь химикам-аналитикам и
пришла так называемая спектрофото­
ме т р и я. С помощью спектрофотометра про­
водят анализ окраски химического соединения
или его раствора.
Еще Исаак Ньютон, пропуская тонкий сол­
нечный луч через стеклянную призму, об­
наружил, что так называемый белый цвет
является сложным. Каждый, наверное, видел ра­
д угу. Цвета, в которые окрашена радуга, и есть
составляющие белый цвет. Такую же «радугу))­
спектр - наблюдал и Ньютон, пропуская сол­
нечный луч через призму. Характеризовать
цвета словами «красный», «желтый», «зеленый»
не совсем удобно. В самом деле, какой «зеле­
ный» - светло-зеленый, темно-зеленый, сала­
товый? Это весьма неточная характеристика
цветности. И только когда было доказано, что
свет - зто электромагнитные колебания, т. е .
волны, и что каждая волна имеет свою длину,
можно было точно характеризовать тот или
иной цвет или оттенок. Например, красный
цвет с длиной волны 620 ммк (миллимикрон -
одна тысячная микрона, или одна миллионная
доля миллиметра) или красный цвет с длиной
волны 637 ммк. Достаточно назвать длину
волны света, и ученым всего мира становится
ясно, о каком цвете идет речь.
Спектрофотометр позволяет получить пучок
света вполне определенной длины волны.
В спектрофотометре две основные части - кю­
вета и приемник света (фотоэлемент), который
регистрирует силу светового потока. В кювету
налива�т изучаемый раствор и сквозь этот
ХИМИЧЕСКИИ АНАЛИЗ
раствор пропускают свет определенной длины
волны, который затем попадает на фотоэлемент.
Длину волны света все время меняют от мень­
ших длин волн к большим 11 следят за показа­
нием стрелочного прибора, который соединен
с фотоэJ1ементом.
Если свет данной длины волны не поглоща­
ется, то стрелка стоит на месте, если же он в ка­
кой-то степени поглощается в растворе, то стрел­
ка будет отклоняться от положения равновесия
и можно точно определить, какое количество
света данной длины волны поглоти.'!ось в нашем
растворе.
Громадное количество органических и неор­
ганических веществ было исследовано с по­
мощью спектрофотометров. Были изучены даже
спектры различных химических соединений
в ультрафиолетовой и в инфракрасной областях
длин волн. Оказалось, что каждому химическо­
му соединению или иону присущ свой собствен­
ный, характерный только для него спектр, т. е .
полосы поглощения. Каждое вещество имеет
свой <щветовой паспорт». Именно на таком раз­
личии спектров и основан качествен­
н ы й спектрофотомет рический
анализ.
С помощью спектров поглощения можно про­
водить и количественный анализ.
Было
обнаружено, что во многих случаях интенсив­
ность (глубина) окрас1ш прямо пропорцио­
нальна концентрации (содержанию) химиче­
ского соединения в растворе. Чем больше
содержание данного соединения в растворе, тем
сильнее раствор поглощает свет определенной
длины волны. Таким образом, определяя погло­
щение света раствором, или, как говорят, его
�птическую плотность, можно легко найти ко­
личество интересующего нас элемента.
Вообще чувствительность количественного
спектрофотометрического анализа пе очень ве­
лика - порядка 0,01-0,001 %, но в отдель­
ных случаях с его помощью можно определять
десятитысячные и даже стотысячные доли про­
цента примесей.
BECOBOii AHA.JIИ3
Само название «весовой анализ» говорит
о том, что определение проводится взвешива­
нием. Конечно, вес вещества не может слу­
жить
его
качественной характеристикой,
поэтому весовой анализ используется только
для определения количества анализируемых
веществ, т. е. как количественный метод.
381

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Анализируемое вещество тем или иным мето­
дом сначала переводят в раствор. Затем из этого
раствора последовательно выделяют содержа­
щиеся в нем химичесю1е элементы или их соеди­
нения 11 взвешивают на аналитических весах
с возможно большей точностью. Так, например,
чтобы определить состав бронзы (сплав олова и
меди), надо взвешенную навеску бронзы поме­
сппь в стеклянный стаканчик и прилить
туда азотной кислоты. При взаимодействии
с
·
азотной кислотой медь переходит в раствор
в виде азотнокислой меди, а олово окисляется
до двуокиси олова Sn02• Образовавшуюся
двуою1сь олова отфильтровывают" прокали­
вают 11 взвешивают. Зная вес бронзы, а также
вес образовавшейся двуокиси олова, можно лег­
ко подсчитать содержание олова и меди в на­
шем сплаве.
Весовой анализ применяют в практике ред­
ко, так как он весьма трудоемок и чувствитель­
ность его невелика - около 0,01 % . Правда,
в прошлом с помощью весового анализа были
сделаны многие открытия.
В 1886 г. немецкий химик К. Винклер ана­
лизировал довольно редкий минерал аргиро­
дит, который незадолго до этого был обна­
ружен в Саксонии. Методы весового анализа
к тому вре:\1ени были разработаны уже доста­
точно хорошо, и Винклер определил, что в
новом минерале содержались в основном сереб­
ро и сера и небольшие примеси железа, цинка и
ртути. Но когда он складывал процентное содер­
жание всех найденных элементов, сумма упорно
держалась на 93 11 никак не хотела доходить до
100. Что же могли представлять собой неулови­
мые 7 % ? Винклер делает смелое предположе­
ние: 7 % принадлежат неоткрытому элементу.
Его предположение полностью подтвердилось.
Слегка изменив схему анализа, он выделил эти
неуловимые 7 % 11 доказал, что они относятся
к новому, неизвестному элементу, который и был
назван в честь родины Винклера германием.
РAДllOAKTllBHOCTЬ
11 Xlll\lllЧECKltii АНАЛИЗ
Чувствительность весового анализа невели­
ка - всего около 0,01 % . Что это значит? Если
в 1 г меди определили 0,01 % примеси железа,
это значит, что в данном образце меди содер­
жится 1018 атомов железа. Такое громадное
число даже и назвать трудно. Иначе говоря,
в кусочке меди приблизительно на 10 ООО ее
атомов приходится один атом железа. А как
382
при таких подсчетах выглядят другие методы
анализа? Чувствительность определения if\елеза
спектрофотометрическим методом можно до­
вести до 1 • 10-в % . Если такое количество мы
сможем определить в 1 г меди, то это будет озна­
чать, что в нем содержится лишь 1014 атомов
железа и один его атом приходится на
100 ООО ООО атомов меди.
Есть ли еще более чувствите.чьные методы
анализа, которые определяли бы даже отдель­
ные атомы? Оказывается, такие методы сущест­
вуют и основаны они на явлении радиоактив­
ного распада.
Изотопы всех элементов, расположенных
в периодической системе за висмутом, подвер­
жены радиоактивному распаду. Одна из наибо­
лее важных характеристпк этих изотопов -
их период полураспада, т. е. вре!ltя, за
которое количество данного элемента у!l1еньша­
ется вдвое (с:\1. ст. «Великий закон»). Зная эту ха­
рактеристпку, можно точно идентифицировать,
т. е . опознать, любой радиоактивный изотоп и
установить, какому элементу он принадлежит.
Вскоре пос.че открытия явления радиоак­
тивности выяснилось, что альфа-частицы, ис­
пускаемые некоторыми радиоактивными эле­
ментами, имеют постоянную величину так на­
зываемого свободного пробега в воздухе. Если
мы имеем, например, торий, уран и радий, то
альфа-частицы первого пролетают в воздухе
самое маленькое расстояние, а альфа-частицы
последнего - самое большое. Причем путь их
можно наблюдать в специальном приборе -
камере Вильсона. Таким образом, помещая изу­
чаемое вещество в камеру Вильсона и наблю­
дая следы, оставленные альфа-частицами, мож­
но не только качественно, но и количественно
подсчитать распавшиеся единичные атомы.
Методы анализа, основанные на том или
ином способе измерения радиоактивности, полу­
чили название радиометрических. И хотя их
чувствительность необычайно высока, все же
использовать многие из них для целей аналити­
ческого определения химических элементов час­
то очень трудно. Во-первых, работа с камерой
Вильсона очень трудоемка. А во-вторых (и это
главное), ведь не все элементы радиоактивны,
и тем более альфа-излучатели. Если же элемент
и радиоактивен, но является бета- или гамма­
излучателем, его идентифицирование в камере
Вильсона крайне затруднено.
Но все же хи11шк11-аналитики нашли способ
«приручитм радиоактивность для своих нужд.
Ониразработали метод активационно-
го анализа. Почтивсе химические эле-

менты имеют природные изотопы. Причем
большинство из них не являются радиоактив­
ными - это стабильные изотопы. Если в яд­
ро какого-либо стабильного изотопа ввести
всего лишь один нейтрон, большинство образо­
вавшихся новых ядер становится радиоактив­
ными, т. е. они будут самопроизвольно распа­
даться с испусканием альфа-, бета- и.Ли гамма­
лучей. Именно на регистрации такого ядерного
излучения и основан активационный анализ.
Методика проведения активационного анали­
за относительно проста: подготовленный обра­
зец помещают на определенное время в ядерный
реактор, а затем измеряют его активность. Оп­
ределяя затем характер излучения и его интен­
сивность, можно установить природу 11 коли­
чество содержащейся в исследуемом образце
примеси. Чувствительность акти�ационного
анализа необычайно высока. Он позволяет об­
наружить поистине непредставимо малые коли­
чества вещества. Так, например, с его помощью
можно обнаружить около 1.10-10 % мышьяка
или, например, около 1-10-13 % элемента индия.
В чистой платине, облученной в ядерном котле,
удается обнаружить 1.10-9 % иридия. Чтобы
более ясно представить себе эти цифры, отме­
тим, что количество индия 1.10-13 % соответ­
ствует одному атому примеси индия на миллион
миллиардов (1 ООО ООО ООО ООО ООО) атомов ос­
новного вещества, в котором этот индий нахо­
дится.
МОЖНО "111 АНА.JIИЗИРОВАТЬ
изотопы
Обратили ли вы внимание на то, что почти
все методы, о которых было рассказано, позво­
ляют определять лишь химическую природу
вещества или определенного элемента? Можно
легко установить, что данное вещество является
сернокислым никелем или азотнокислой медью
или что в состав изучаемого сплава входит
молибден или вольфрам, цирконий или вана­
дий. Но на практике часто необходимо устано­
вить, не только какой химический элемент при­
сутствует в образце и сколько его, во также и
каков изотопный состав данного элемента. Из­
вестно, что изотопы различных элементов имеют
практически одинаковые химические свойства
и лишь незначительно отличаются друг от дру­
га физическими свойствами. Этим обстоятель­
ством и воспользовались ученые.
Метод, который используют при анализе
изотопо�, получил название м а с с-с u е кт-
ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
рометрического. В анализаторе, или
источнике ионов, исследуемое вещество нагре­
вают, превращая его в газообразное состояние.
При этом в большинстве случаев молекулы его
распадаются на отдельные ионы. Образовав­
шиеся ионы под действием электрш1агнитного
поля выводятся в специальную изогнутую труб­
ку. В ней создается очень высокое разрюке­
ние (чтобы летящие в трубке ионы не сталкива­
лись с молекулами кислорода, азота и других
газов, входящих в состав воздуха). Сама трубка
расположена между двумя полюсами си
·
льного
постоянного магнита. Но магнитное поле, хотя
оно и постоянно, будет по-разному действовать
на ионы летящих изотопов. Ион того изотопа,
в ядре которого меньше нейтронов (более лег­
кий), будет сильнее отклоняться от своего
пути, а ион, :который тяжелее,- меньше. Проле­
тев через всю трубу (обычно оноло двух мет­
ров), ионы различных из
_
отопов попадут в раз­
личные места приемнина, где их и регистрируют.
Масс-спентрометрический метод, хотя и
очень сложен, . обладает весьма большой чув­
ствительностью. С его помощью можно анали­
зировать отдельные изотопы, :количество ното­
рых подчас составляет всего 10-13
-
10-н г.
Этот метод был разработан в применении
лишь к анализу веществ. Ведь он очень трудое­
мок, и получить с его помощью весомые коли­
чества какого-либо изотопа нраliне затрудни­
тельно. Чтобы получить лишь 1 грамм-атом изо­
топа, необходимо собрать 6 . 1 02
3
его атомов.
Однако в самом начале 40-х годов нашего ве­
ка, для того чтобы за.пустить первый урановый
котел (осуществить контролируемую цепную
ядерную реакцию), ученым необходимо было
получить в чистом виде изотоп урана-235. Здесь­
то и был использован принцип масс-спектромет­
рии.
ЕСТЬ .Jill ПРЕДЕ"1 АН..\..,11
·
1�)У
Если в 40-х годах наука и технпка требова­
ли от количественнvго анализа опреде.'Iять тысяч­
ные доля процента примесп, то в настоящее
время стало необходимо определять уже одну
триллионную долю процента прпмеси в ис­
ходном материале.
Уже разработаны методы, с по111ощью кото­
рых определяют самые нпчтоr:nные прпмеси от­
дельных элементов. Так, напрпмер, для про­
изводства полупроводниковых приборов при­
меси в германии не должны превышать 1 · 10-s % .
Для :кремния эта величина должна быть умень-
383

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
-22
10
·20
10
-18
1О
-16
1О
-14
1О
-12
10
-10
1О
-8
\О
-6
\О
-4
1О
-2
\О
Радномеrрнческн�
·.
·.:.
·
·
_ _:·- .о>::
.�".:�
"
.
Активационным
Масс- с:nектромеrрня
Шка.1а чувств11те.1ьност11 разл11чных анал11т11чесю1х методов.
шена еще примерно в тысячу раз и составит
приблизительно 1-10-11 % . Пожалуй:, наиболее
чувствительными ныне. являются а к т и в а­
ц ионный метод и метод газовой:
х ромато графи и (см. ст. «Удивитедьная
судьба одного простого открытию>). С их по­
мощью определяют примеси порядка 10-12
-
10-13 % , т. е. порядка 10-н
-
10-10 г примеси
на 1 г основного вещества. По чувствительности
к ним приб.1ижается масс-спектрометрический
метод анализа, чувствительность которого в от­
дельных случаях 10-13 и 10-12 г.
В настоящее время требования к чистоте
материалов стремятся к такому пределу, когда
будет необходимо опреде.'Iять единичные атомы
примеси, т. е. количества вещества порядка
1 0-22 г. И эту нелегкую задачу будут решать
уже не химики, а физики.
А теперь несколько слов о возможностях
методов анализа. На верхнем рисунке изображена
шкала чувствительности различных аналитиче­
ских методов. Приведена так называемая средняя
чувствительность. По отдельным элементам эта
чувствительность может быть значительно вы­
ше. Так, например, спектрофотометрический
метод при рядовых определениях большинства
элементов имеет чувствительность порядка
0,0 1-0,00 1 % , но эта чувствительность в ряде
случаев может быть значительно выше.
В настоящее время обычные, стабильные
атомы химических элементов можно анализи­
ровать в количествах порядка 10-н- 1 0-1° г,
а радиоактивные - порядка 10-22 г. Аналити­
ческая химия еще ждет тех, кто сумеет запол­
нить это «белое пятно» - разработать методы
анализа, :которые позволят определять примеси
384:
стабильных эдементов порядка 10-15-10-16 г
и ниже.
По-видимому, в недадеком будущем чувстви­
тельность активационного анализа сможет воз­
расти раз в сто, но это, вероятно, будет уже его
пределом. Улучшение конструкций различных
типов масс-спектрометров также, очевидно,
сможет поднять чувствительность этого метода
раз в сто и бо.1ее.
Однако есть еще один метод - так называе­
мый радиоспектроскопический
ана.;шз, возможности которого в определении
микропримесей не тодько далеко не исчерпаны,
но и практпчески даже не установлены. Прин­
цип этого метода до некоторой степени сходен
с радиометрическим анализом, но с его по­
мощью можно определять стабильные атомы
и соединения. Проведенные эксперименты пока­
зали, что с его помощью можно легко «уловить»
присутствие соединений в количестве1О-8 -10-10 г.
Основав этот метод на следующем. Известно,
что атомы в молекуле любого химического сое­
динения не находятся в каких-то определенных
положениях, а колеблются около определенных
центров равновесия. Так, например, в молекуле
хлористого водорода атомные ядра хлора и водо­
рода ТО сближаются, ТО отда,'IЯЮТСЯ друг ОТ дру­
га. Ядра заряжены и испускают слабые электро­
магнитные колебания в об.1
1
асти радиочастот.
И вот оказалось, что если на молекулы хлорис­
того водорода воздействовать радиоволнами
той же длины волны, какую они испускают, то
происходит их сильное, «резонансное» погло­
щение.
Вот это-то поглощение и можно заре­
гистриро вать.
Меа-од
«улавливания радиоволн" - радиоспектроскопня­
один из самых перспективных в наше время. С помощью
этого метода определяют не только отдельные эJJементы, но
и сложные соединения.

УДИВИТЕЛЬНАЯ СУДЬБА ОДНОГО ПРОСТОГО ОТКРЫТИЯ
В этом методе чувствительность определе­
ния химических соединений в первую очередь
зависит от чувствительности радиоспектромет­
ра. Бурное развитие радиоэлектроники помо­
жет в будущем повысить чувствительность ра-
диоспектрометров в миллион и даже миллиард
раз. И метод радиоспектроскопического ана­
лиза сможет занять достойное место наряду
с другими методами в определении микро­
примесей.
•
J1"ДИВИТЕ.JIЬНАЯ CJ'"ДЬБА ОДНОГО ПРОСТОГО ОТКРЫТИЯ
(хроматография)
В 1903 г. русский ученый профессор
Михаил Семенович Цвет сделал очень скром­
ное 11 простое открытие, которое осталось в то
время почти незамеченным и надолго было за­
быто. Но судьба этого открытия поистине уди­
вительна.
Хроматография (так назвал свое открытие
профессор Цвет) стала в наши дни незаменимой
помощницей науки.
Без нее были бы немыслимы достижения
биохимии, сумевшей разобраться в невооб­
разимой сложности строения и состава белко­
вых соединений. Без хроматографии нель­
зя было бы успешно синтезировать самые по­
следние трансурановые элементы периодической
системы. Ядерная химия не могла бы теперь
успешно ра звиваться без хроматографии.
Методами хроматографии разделяют и чис­
тят лекарственные вещества, антибиотики, ви­
тамины, алкалоиды, гормоны. Хроматография
незаменима при поисках нефтяных месторожде­
ний. Без нее не может обойтись химик-органи
·
к,
изучающий строение и состав сложнейших ор­
ганических соединений. Другими
'
методами
было бы совершенно немыслимо определить, на­
пример, состав и природу изомеров. При помо­
щи хроматографии удается детально изучить не­
которые химические свойства многих редкозе­
мельных элементов.
В будущем химики научатся с помощью хро­
матографического способа извлекать золото из
воды океанов, хотя оно содержится там в нич­
тожных концентрациях, но общее количество
его огромно. И этот хороший металл сменит
свою репутацию символа обогащения и станет
тружеником на химических заводах. Химикам
он очень нужен.
Не следует думать, что хроматографические
процессы используются только учеными в их
лабораториях или инженерами на заводах. Хро-
о25д.э.т.3
матографические явления лежат в основе мно­
гих гигантских геохимических процессов на
земной поверхности, например в образовании
почвы и многих рудных месторождений.
ЧТО ЖЕ OTRPЫ.JI
ПРОФЕССОР ЦВЕТ?
Открытие М. С. Цвета было удивительно
простым. Настолько простым, что его мог бы
сделать любой школьник, обладающий пыт­
ливым умом, большой любознательностью и
умением не только смотреть вокруг себя, но
и видеть, подмечать удивительное и необычное
в простом.
М. С. Цвет интересовался природой хлоро­
филла, от которого зависит окраска ли­
стьев. Роль этого. вещества в природе огром­
на: с его помощью в зеленом живом листе про­
исходит превращение световой энергии солнца
в химическую энергию органических соединений.
'
Профессор Цвет насыпал в стеклянную труб­
ку тонко измельченный порошок чистого мела,
смочил его бензолом, налил сверху немножко
раствора хлорофилла, извлеченного из зеленого
листа (самый верхний слой порошка, конечно,
сразу окрасился в зеленый цвет), и стал мед­
ленно, по каплям промывать бензол
.
ом трубоч­
ку с мелом, По мере того как верхний зеленый
слой промывался бензолом, окраска вслед за
растворителем начала передвигаться в виде
зеленого колечка вниз по трубке. Потом (в
этом-то и заключалось замечательное открытие
Цвета) зеленое колечко стало постепенно раз­
деляться на несколько отдельных колец: уче­
ный обнаружил узкую желтую полоску, она
двигалась по трубке наиболее медленно, ее
опередила желто-аеленая полоса, впереди кото­
рой шла шИ:рокая зелено-синяя полоска, перед
885

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
вей две желтые и в самом низу двигалась еще
одна полоса, тоже желтого цвета. Тщательный
анализ показал, что над самой верхней желтой
полоской располагалась еще одна-б есцветная.
Этот простой опыт положил начало разгадке
великой тайны зеленого листа: было доказано,
что хлорофилл в листе растения сложен, что
он состоит из нескольких близких меж�у собой,
но различных химических соединений. Зна­
чение этого простого опыта особенно велико
потому, что он лег в основу новой науки.
Вот как образно рассказал о своем откры­
тии сам автор: «Подобно световым лучам в
спектре, различные компоненты сложного пи­
гмента закономерно располагаются друг за
другом в столбе сорбента и становятся доступ­
ными качественному и количественному иссле­
дованию. Такой расцвеченный препарат я на­
звал хроматограммой, а соответствующий ме'{ОД
анализа - хроматографическим методом».
ЧТО llРОИСХОДИТ· В .
ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОИ
ROJIOHHE? .
Что же произошло в стеклянной трубочке,
набитой порошком мела? Какие удивительные
силы так легко и просто разделили сложную
природную смесь многих химических видоизме­
нений сложного вещества, настолько близких
между собой, что отделить их друг от друга не
удавалось самым искусным химикам?
Механизм хроматографического разделения
теперь хорошо изучен. Он прост, хотя теория
действия колонн очень сложна и ученые еще
не умеют их точно рассчитывать. (Трубки с сор­
бентом для хроматографического разделения
независимо от их конструкции теперь называ­
ютсяколоннами.)
Лучше всего рассмотреть действие хромато­
графической колонны на простейшем примере
знакомой нам трубки с мелом.
Зеленый раствор вытяжки из листьев обес­
цвечивается, :как толь:ко приходит в соприкосно­
вение с порош:ком мела, а мел становится зеле­
ным. Моле:кулы всех соединений, входящих
в состав хлорофилла, извлеченного из зеленого
�дввнте"1ьное совпnдевие
листа, осаждаются на поверхности частиц мела.
Поглощение растворенного вещества, паров
или газов поверхностью твердых тел илп жид­
костью химики называют сорбцией. На
этом явлении и основаны все хро111атографи­
ческие методы разделения смесей, сверхтонкой
очистки вещества и анализа.
Захваченные поверхностью твердого тела
моленулы не остаются на ней неподвижными.
Они могут переходить обратно в раствор, снова
осаждаться, вновь растворять ся. "
Бесчисленное множество раз меняет свое
состояние каждая молекула, переходя с поверх­
ности в раствор и обратно. Между раствором
(бензол в опытах Цвета) и сорбентом (порошок
мела) устанавливается равновесие: на поверх­
ности частиц мела находятся почти все моле­
кулы. В растворе их очень мало - почти нет
совсем. Но в этом-то «почти» и заключается
сущность хроматографического эффекта.
Немногие моле:кулы, находящиеся в раст­
воре, увлекаются вниз по трубке вместе с по­
то:ко111 растворителя. Но по пути они немедлен­
но осаждаются вновь на другие частицы мела,
.
а в111есто них переходят в раствор новые моле­
:кулы. Это повторяется огромное число раз.
Медленный поток растворителя беспрерывно
поступает сверху в трубку. В верхней части
окрашенного слоя становится все меньше и
меньше сорбированного вещества, в нижней
части этого слоя - все больше и бо.11ьше.
И так постепенно цветная прослойка продви­
гается в виде колечка через сорбент вниз по
трубке.
Но различные моле:кулы с разным составом
или строением сорбируются на твердuй поверх­
ности по-разному. Одни из них немного проч­
нее, другие несколько слабее. Одни дольше на­
ходятся в связанном состоянии и меньше в раст­
воре. Другие чуть дольше первых задержива­
ются в растворе и, конечно, быстрее увлена­
ются потоком растворителя.
Поэтому о:крашенная смесь различных ве­
ществ постепенно разделяется на свои состав­
ные части. Каждая такая часть сосредоточи­
вается в своем слое. И эти слои отличаются друг
от друга цветом. Двигаясь с разной скоростью
вдоль трубки, эти слои расходятся все дальше
1
Наавание «Хроматоrрафия» было
'
дано новой науке ее основоположни­
ком М. С . Цветом. Оно как бы было
подскааано ему цветными во.1еЧ1
1
&1
1
В-
слоямн мела в стеклянной трубочке,
окрашенными в равные цвета хлоро­
.
фиJ1.1
1
ом аелеиоrо листа, который как
будто бы сам ааписа.1
1
таким способом�
на чеrо он состоит (по-rречески «хро­
матос» - цвет, «rрафо» - писать).
Занятно и удивительно совпадение
имени автора н соадаввоl им науп.
388

УДИВИТЕЛЬНАЯ СУДЬБА ОДНОГО ПРОСТОГО ОТКРЫТИЯ
друг от друга. Так и образуется хроматограмма.
Каждое отдельное цветное кольцо соответствует
одному химическому соединению.
Вытолкнув столбик сорбента из трубки,
можно вырезать из него различно окрашенные
слои и, отмыв содержащиеся в них вещества,
получить каждое отдельно в чистом виде. Мож­
но поступить еще проще: продо.лжая промывку
бензолом, собирать раствор от наждого цвет­
ного слоя отдельно, по мере того нак они, прой­
дя нолонну насквозь, начнут выходить пз нее
с потоком растворителя.
Движение молекул в хроматографичесной
нолонне напоминает как бы состязание спортив­
ных номанд в беге на очень длинные дистанции.
Микробегуны в разных спортивных ностюмах,
например в опыте с хлорофиллом - в желтых,
зеленых и синих, бегут с одинаковой скоростью
(скорость потона растворителя). Но свое право
отдыхать по дороге наждая номанда использует
по-разному. Все они сидят на поверхности очень
подо.лгу (находятся в сорбированном состоя­
нии). Все они бегут очень короткое время (ув­
лекаются потоком бензола). Но одна команда
отдыхает все же чуть меньше другой, а вто­
рая - чуть меньше третьей. Конечно, те бегу­
ны, которые отдыхают меньше, и опередят сво­
их соперников.
Таним образом, ничтожные различия в с1ю­
рости поглощения (сорбции) и обратного выде­
ления вещества в раствор (десорбции) становятся
причиной разделения смесей хроматографиче­
ским способом. А эти ничтожные различия в
сорбционной способности молекул в свою оче­
редь зависят от их химической природы.
А ECJIU ВЕЩЕСТВО БЕСЦВЕТНО?
Хроматография - этот удивительный по
простоте способ тончайшего аналитического
разделения сложных смесей - и в наши дни
нередко применяется химиками почти в том же
виде, в наком ее создал автор. Много тысяч раз­
личных твердых веществ изучили химики, вы­
бирая наиболее подходящие сорбенты. Еще
больше было исследовано растворителей. Были
испытаны сахар, ме.11, крахмал, уголь, нремне­
зем, спирты, эфиры, углеводороды и т. п. Очень
часто решить самые неразрешимые, трудные
проблемы помогало применение простых и обыч­
ных материалов.
Не следует думать, что хроматография помо­
гает изучать только онрашенные вещества. Раз­
работаны многочисленные способы, нак обна-
руживать на хроматограмме бесцветные зоны.
Для этого, например, применяют ультрафиоле­
товые лучи, под действием которых очень мно­
гие вещества флюоресцируют и невидимые зо­
ны на хроматограмме начинают светиться. Мож­
но бесцветные зоны «проявить», обработав сор­
бент реантиво111, ноторый образует с изучаемым
веществом онрашенное соединение. Почти любое
физическое свойство вещества может быть ис­
пользовано, чтобы обнаружить его в растворе
на выходе из хроматографической колонны.
ЧЕМ ПАХНЕТ 3E11.�I.ЯHllR.<\
Химики создают теперь новые, еще более
мощные методы хроматографичес1юго анализа.
Среди них может быть названа непревзойденная
газо-жидкостная
хроматогра­
ф и я с ее поразительной чувствите.'Iьносты�·.
Сорбент в ней нелетучая жид1\ость, нотороli
смочен, например, порошон силикаге.":'я (т. о .
пористая прокаленная двуокись кремния sю,:..
а движущая среда - любой инертный газ. С пu­
мощью этого способа хроматографии изучают
сложные смеси химичесних соединений в паро­
образном состоянии.
Самая удивительная хроматографическая
разделительная нолонна построена, пожа.луй,
наиболее просто. Она представляет собой очень
тоненькую металлическую или пластмассовую
трубочку с диаметром канала всего 0,2-0,4 мм.
Стенки этой трубочки смочены разделяющей
нелетучей жидкостью. Вот и все устройство.
Чтобы можно было достичь высоких степеней
разделения, трубочку иногда приходится де­
J{ать очень длинной.
На такой колонне, например, был проведен
анализ... аромата свежей землянини. Потребо­
валась нолонна длиной в 120 м. Свернутая в спи­
раль трубка была помещена в термостат, в кото­
ром температура медленно и равномерно повы­
шалась. Это было необходимо для того, чтобы
изучить и те труднолетучие компоненты при­
ятного земляничного запаха, которые могут
выделяться ягодой только в солнечный жаркий
день. Через нолонну пропускался инертный
газ аргон. Он был выбран не случайно. Ничтож­
нейшие примеси в нем можно обнаружить по...
его электропроводности. Для этого аргон облу­
чают радиоактивными препаратами, и, если
в нем есть нримеси органических веществ, он
ионизируется и становится способным прово­
дить ток. Резкое изменение элеI{тропроводности
газа вызывает в специальном приборе электри-
887

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
ОБОЗНАЧЕНИЯ
ЭЛЕМЕНТОВ:
·-УГЛЕРОД
с;)-ЮtСЛОРОД
0 - ВОДОРОД
С помощью газовой хроматографии легно провсст11 разд1'.чсн11е а и � изомеров метиловых зфироn глюноз1щов, 11мею­
щих соuсршс11но одинановыil состав 11 отл11чающихся л11шь пространственным расположе1111см мет11льных групп
В ОДНОМ IJЗ Зll<'llЬCB ЭTllX СЛОЖНЫХ MOJICR)'JJ.
чес1шй: сигна.тr, ноторый после усиленпя подает­
ся на записывающее устроiiство. Чуnствп­
теJrыюсп, такого прибора (дете1\тора) необы­
чайно всшша. Можно уверенно определить."
одну тысячем�шлиардную долю гра111111а вещест­
ва (10-12 г). А всего 7�ля полного анализа слож­
нейшей смеси достаточно нес1\олышх 11шлли­
гра1
1
1.\1ОВ.
Запах свежей земллн11ю1 оназался очень
СJ1о;ю1ыл1. Чтобы создать аромат ее спелых ягод,
прелесть 1юторого невозможно описать с.тrова­
ми, в таинственной лаборатории растения син­
тезируется не 11юнее девяноста шест11 сложней­
ших органических душистых соединений.
RO.JIOllHA )�•.1Jl'IHOfi•••
В 110.JIRll.110:\IETP А
Газовая хроматография настолыю чувстви­
теJ1ьна, что ее можно сравнить со спектраль­
ным и 11ш.сс-спектрометр11чес1шм методами ана-
388
лиза. С ее помощью решают трудные и сложные
задачи, недоступные другим способам анализа.
Можно иссJiедовать смеси, состоящие из ,f\есят­
ков и сотен но11111опентов.
Нас1юлы\о сложны проблемы современной
техюши, успешно решенные хроматографией,
можно представить себе на примере анализа
природной нефти. Чтобы изучить состав нефти,
потребовалось с1\онструиров ать наппллярную
J\ОЛОННУ длиной 01\ОЛО пятисот (500!) метров.
'Удалось не толыю установить число раз­
личных номпонентов в сырой нефти (их оказа­
лось свыше двухсот тр11дцат11), но и расшифро­
вать, что представляет собой: наждый из них.
ХРОМАТОГРАФllЯ
llA .Jil'ICTE J;�'l\IAГll
Трудно даже представить, что самый обык­
новенный лист бумаги может служить своеоб­
разной лабораторией химичес1юго анализа. На

УДИВИТЕЛЬНАЯ СУДЬБА ОДНОГО ПРОСТОГО ОТКРЫТИЯ
нем можно определить состав 11риродных хи111и­
ческпх соедин ений , разделить 1юторые бессиль­
ны многпе другие методы аналитичес1<ой хи­
мии.
Простейш ую хроматограмму на бумаге не­
трудно получить самому. Возьмите лист про-
11юl\ател ьной или лучш е фильтровальной бу111аги .
С111еш айте по 1\ апле син ие и нрасные чернила.
Годится и смесь любых растворимых в воде
красок , JI Иш ь бы они не реагировали хи111ичесю1
друг с другом (иначе они могут выпасть из раст­
вора , образовав нерастворимый осадок).
Нанесите маJrеньную напельку смеси в центр
бумажного листа . Затем точно в середину цв ет­
пого пятныш на вводите по каплям воду . Впи­
тается одна-1\апните другую . И вс1юре по листу
б умаги начнет расползаться настоящая нрасоч­
ная хроматограмма: синее пятно внутри и крас­
ное 1ю льцо вонруг. Нес1<ольно разных 1< апель
и немного терпения - и можно получить изу-
11111телыю 1< расивые узоры.
Хроматограммы на бумаге чаще всего полу­
чают на бумажных поJюснах . Такую полосну
подвешивают верти1\ально и верхний ее �юнец
пог рун\ ают в сосуд1ш с раств орителем. Впиты­
ваясь в бумагу и опускаясь по ней вниз , раство­
р ител ь с разной скоростью смывает из нанесен­
ного на 110Jюск у пятна смеси отдел ьные состав­
ные части . На бумажной полосне образ уется хро­
матограмма - отдел ьные пятна. Их число соот­
ветств ует числ у 1< омпонентов анализируемой
смеси .
Пятна на хроматогра111ме иногда невидимы .
TorJl.<l 11олос!\у сушат и обрабатывают раствор ом
ве
06�
•l
er '!
'
11
,,
li1
реантива, дающего цветное окрашивание с со­
ставными частями с111есн . По положению цв ет­
ных пятен , по их окрасне и фор111е можно опре­
делить , что входит в состав изучаемой сл ож­
ной смеси . Трудноразделяемые смеси обрабаты­
вают дв а жды разными раств орителя111и в двух
взаимно перпенд1шулярных
направления х.
В результате получают дв ух111ерную хромато­
грамму.
XI•OJIATOI'P АФllЯ 1'1 БllOXll .\lllJI
Современная биохимия сумел а выяснить
немало загадочных процессов , проте1<ающих
в живом организме, но мало кому изв естно ,
что в этом биохимия 11ш огим обязана хромато­
графии . Нау1<а нашего времени расшифровала
состав и строение белl\а в ;юшо111 организме.
Это , конечно , одно из величайших достижений .
Труднейший и важнейший раздел биологиче­
сн
:
ой хи111ии - химия прироюrых беш<овых сое­
динений вообще , вероятно, не 111огла бы успеш­
но развив аться без по111 ощи хроматографии на
бумаге.
Бумажные хроматограм111ы не тол ы<о далп
учень1
1н
средств о изучить , из на1ш х составных
частей , из 1\ аI{ИХ амино1' ислот состоит бело1<
различных живых организмов , но (с неполным
гидролизом - осто рожным расщеплением бел­
I< овых моленул) позвоJшли даже определить
чередование различных аминонислот в моле1<уJi е
беш<а . Хро111 атогр афия позвоJrяет быстро опре­
делять а111инонисJютнь�й состав бел1<а, и :нот
ФГ
06
$Д
1
1i
-�
=-=
Нередко tютреча ются сложные смеси , которы<' нсuозможно разд елит ь прн помощи одного растворнт<>.1:1. Тогда полос­
ку с 11 a11ece111юii н а нее 11 p0Goii см1,сн 11оследонатс.1ьно обрабатыuа ю т дuумя разл11•1 ными растоор11тс.1 ями />1 11 Р3 в
двух пср11снд 11кулярных напраuлсниях. Н а такой дв ухмерной х роматограмме приход и тся р а сстав аться с амым близки м п о
свой ствам всщсстuам.
389

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
метод уже практически применяется в сельском
хоз яйстве. Он дает возможность получать высоко­
эффективные кормовые рационы для сельско­
хозяйственных животных.
Все, чего достигла биохимия с помощью хро­
мато графии, невозможно даже перечислить. Хро­
матографическими методами изучаются вита­
мины, гормоны, антибиотики, алкалоиды. С их
помощью производится очистка этих веществ,
их анализ, :контроль производства. Так хрома­
тография помогает побеждать самые тяжелые
болезни человека.
Весьма вероятно, что хроматография поl\ю­
жет разрешить великую загадку фотосинтеза
в зеленом листе. Если человек овладеет этим
процессом, одним из самых грандиозных в при­
роде, наиболее сложных и неясны х, он овладеет
неиссякаемым источником энер гии. Открытие
тайны фотосинтеза было бы значительно бол.ее
важным, чем овладение атомной энер гией. Хро­
матография уже помогает исследовать слож­
нейшую цепь химических реакций в освещенном
солнцем зеленом листе.
Быть может, недалеко то время, когда чело­
век научится улавливать солнечную энергию с
такой же эффективностью, как это делает живой
зе.'lеный: лист. Можно не сомневаться, что не ­
малая заслуга в этом будет принадлежать хро··
матографии .
TOHROCdOfiHAH ХРОМАТОГРАФИЯ
Очень похожа на бумажную хромато гра­
фию хроматография в тонком слое. На стек­
лянную илп пластмассовую пластинку наносит­
ся тонкий равномерный слой тонко измельчен­
ного сорбента. Сам процесс хроматографиче­
ского разделения идет так же, как и на бума­
ге. Тонкослойная хроматография обладает су­
щественными преимуществами : разделение про­
текает значительно быстрее, а главное, легче
выбрать наиболее подходящие сорбенты.
ИОНООБМЕНllАН ХРОl\'IАТОГРАФИН
В наши дни ученые разрабатывают все но­
вые и новые более чувствительные хромато гра­
фические методы и создают теорию хроматогра­
фического процесса и способы расчета раздели­
тельных колонн. Но то, что было достигнуто
с помощью ионообменной хроматографии, не­
давно казалось бы сказкой, н еосуществимой
фантазией.
390
Метод ионообменной хроматографии ничем
не отличается от способа профессора Цвета,
только вместо нейтрального сорбента - мела,
крахмала, угля и т. п. - в
ионообменной хро­
матографии при меняются специально для этого
созданные химиками новые полимерные ве­
щества - ионообменные смолы. Теперь извест­
но уже очень много таких сорбентов с ионооб­
менными свойствами. Все они обладают заме­
чательной способностью : :каждая крупинка та­
кого сорбента - :как бы гигантская молекула
кислоты (смолы - :катиониты) или основания
(аниониты) - вступает в реакцию химического
обмена.
Ионообменные смолы нерастворимы. Если
хроматографичесную ко лонну наполнить тон­
ким порошком такой смолы, из раствора будут
поглощаться ионы тяжелых металлов и взамен
в раство ре появится кислота или щелочь. В та­
ких :колоннах теперь, нап ример, очищают воду
для питания котлов на больших тепловых элек­
тростанциях. Сначала вода проходит через филь­
тры и очищается от ила, взвешенных в ней гли­
нистых и песчаных частичек, потом поступает
в :ко .11онн у, наполненную :катионитовой смолой..
В этой колонне из воды полностью поглоща­
ются соли :кальция и магния, делающие воду
«жесткой», вместо них появляются ионы водоро ­
да - образ уется кислота. Вода, подкисленная
в результате химического обмена, проходит
анионитовую :колонну, где обмениваются анио­
ны образовавшихся 1шслот на гидроксильные
попы, которые тут же сразу нейтрал изуются во­
дородными ионами, и получается чистая вода. До­
статочно пропустить засоленную воду последо­
вательно через две такие колонны, чтобы по­
лучить воду чище дистиллированной. Отрабо­
танные смолы легко регенерируются снова.
Ионообм енные :колонны очищают сотни
тысяч тонн воды на тепловых электростанциях,
на фабриках, на заводах - всюду, где нужна
чистая вода. Они превращают морскую, засо­
ленную воду в пресную, пригодную для питья,
они снабжают питьевой водой и жителей солон­
чаковых пустын ь, н экипажи кораблей.
Ионообменная хромато г рафия помогает из­
влекать ценные металлы из сбросных промыш­
ленных стоков.
Химики 1\fечтают создать ионообменные смо­
лы с высокой избирательной способностью. Они
ув ерены , что уже скоро гигантские ионообмен­
ные хроматографические колонны, установлен­
ные на берегах морей, начнут извлекать из
Мирового океана безграничные запасы ценных
для техники металлов : урана, золота и др.

УДИВИТЕЛЬНАЯ С УДЬБА ОДНОГО ПРОСТОГО ОТКРЫТИЯ
•·
ФИЛЬТР
�. ОТ МЕХА-
•
� НИЧЕСКИХ ::
: ЗАГРЯЗНЕ•••
..
ний
>S
:о
ХIL
х�
оr:
:;
S:s;
!;(&
�
•-
-
..
.
!Вод ы на Земле очl'нь много , но далеко не всю ее можно использовать из-за высокого содержания солей . Ионоо1Jмеяна11
хроматография прt>вращает мо рскую и со.1еную воду пустынь в пресную.
XPOJIATOf'I• АФllЯ
11 llEPИOДllЧECRll Й ЗАКОН
До СИХ пор еще ХИМИЮI не ЗаI\ОНЧИЛИ спор
о том , нак должен быть построен послед­
ний , седьмой период менделеевс1\0Й таблицы .
Этот вопрос для науки особенно важен и прин­
цип иален .
Теория на него ответа дать не может : слиш­
ком сложны эле�\тронные оболоч1\и тяжелых
атомов и рассчитать теоретичесrше орбиты всех
их электронов лона невозможно . Остается де­
тально изучать химичесю1е свойства наждого
эл емента - тот путь , ноторым шел сам Менде­
леев . Зная химичесние свойства нового элемен­
та , �южно найти ему место в периодической
таблице .
Но чтобы химик мог изучить свойств а из­
вестного элемен та , он должен его иметь . В по­
следн ем же периоде таблицы после урана на­
ходя тся элементы , которых еще не так давно
совсем не было в распоряжении чел овека . В при­
роде поданляющее бол ьшинство пз них найти
невозможно . В се эти элементы созданы че·
ловеко�1 иск усств енно . Физики обна ружива­
ли рождение новых атомов по их радиоа�пив­
ным харантеристикам. Нау1•а п о пала в за­
колдов анный круг : каr\ разместить эти новые
эл ементы в последнем периоде таблицы Менде­
леева? Чтобы получить новый эл емент , надо его
определить и выделить в чистом виде , а для это­
го необходимо знать его свойств а. Для того же ,
чтобы их изучить , надо новый элемент иметь
в руках .
Ионообменная
хроматография
помогла
науке найти выход из этого трудного положе-
ния . Действительно , совсем еще недавно неJrьзя
было и мечтать о том, чтобы изучать химиче­
ские свойств а элемен та , имея в ру1ш х всего
несколько атомов . Хроматография предоста­
вила науке эту поистине чудесную возмож­
ность .
Загадка седьмого периода в периодической
таблице могла быть разрешена только путем
сравнения трансурановых элементов с элемен­
тами предшеств ующих периодов - шестого и
пятого . Но количественный рост числа ядерных
зарядов вносит резкие качественные изменения
в строение электронных оболочек атома. Шес­
той период менделеевсI\ОЙ таблицы , в котором
в одной из клеток ПО!l-fещаются сразу пятн ад­
цать элементов-бли3нецов (лантан и 14 ланта­
ноидов), отличен от пятого периода , где такого
семейства нет.
' Rак же должен быть построен седьмой пе­
риод? Если он похож на пятый , то все транс­
ураны должны быть резко различными по своим
химическим свойств ам. Если же седьмой период
сходен с шестым , тр ансурановые элементы
должны быть близнецами и так же, KaI\ и редко­
земельные элементы, занимать все вместе одну
клетку в той же самой третьей вертинальной
группе .
Согласно периодической
системе, можно
ожидать , что более вероятен второй вариант .
Но наука не терпит догадки без доказательств .
Теория дать его в этом случае бессильна, а точ­
ное доказательств о необходимо . Его мог дать
только опыт .
Чтобы иметь основ ание поместить транс­
урановые элементы в одну общую клетку пе­
риодической системы, химики должны были
391.

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
доказать , во-первых , что все они сходны между
собой и, во-вторых (и это гл авное) , что по
химическим свойств ам все они похожи на
редкоземельные элементы (см . ст . «Вел икий
заною)).
Решение этой трудной , важнейшей для хи­
мии задачи было найдено благодаря хромато­
графии . Вот как это удалось сделать .· Смесь
редкоземельных элементов от европия (No 63)
до лютец.ия (No 71) был а облучена нейтронами.
Пол ученные радиоактивные изотопы раздели.1и
на ионообменной хроматографической колонне.
Радиоактивность каждой капли раствора, вы­
текающего из коJrонны , измерялась отдельно .
01\азалось , что , чем выше порядковый номер
элемента , тем быстрее он выходит из колонны
при хроматографическом разделении . И чере­
дов ание эл ементов в порядке выхода их из ионt>­
обменной колонны удивительным образом точно
соответствует их взаимному положению в пе-
риодической системе эле.ментов .
.
Когда таким образом было изучено хрома­
тографическое поведение редких земель, иссле­
дов али поведение трансурановых элементов .
В тех же усJrовиях (на той же коJrонне, наполнен­
ной той же ионообменной смол ой, с применением
того же состава раств орителей) были подвергну­
ты хроматографическому разделению извест­
ные к этому времени четыре трансурановых эле­
мента : америций (No 95) , кюрий (No 96) , берк­
лий (No 97) и калифорний (No 98) . Так как все
трансурановые элементы радиоактивны , то точ­
но так же измерялась активность каждой капли
раствора. В этих исследованиях удалось рас­
крыть химическую природу эл ементов , создан­
ных и<;нусств енно пока еще в незримых , неве­
сомых количеств ах. В руках исследов ателей
калифорния было меньше тысячемиллиардной
доли грамма; это в миллиарды раз меньше, чем
было бы необходимо химикам, чтобы изучить
его обычными методами химического анализа .
Результат был прост и поразителен . Хрома­
тография позволила уловить тончайшие оттен­
ки в химическом различии новых эл ементов :
оказалось , что они действ ительно очень сходны
между собой ; оказалось , что они , так же нак
и редкие земли, выходят из хроматографической
к оJ1онны в порядl,'е, строго соотв етств ующем
их положению в периодической системе ,­
раньше появляется тот эл емент , у которого
порядновый номер больше. И мало того , оказа­
л ось возможным уловить тончайшие различия
в сходном строении электронных оболочек ато­
м ов , изучая взаимное расположение кривых ак­
ти вности н а хроматограммах.
892
Так было доказано , что все актиноиды , и в
их числ е трансураны , образуют в седь мом пе­
риоде единую группу элементов с весь111а сход­
ными хи11шчески111и свойств ами . Эти эл ементы
должны быть помещены в одной общей 1шет1>е
таблицы Мендел еева, так же как и лантанои­
ды ,- в шестом периоде .
По аналогии эта группа эл ементов получил а
название по своему первому представителю­
актиноиды . В нее входя т пятнадцать эл емен­
тов : от актиния ( .No 89) до недавно отнрытого
трансурана лоуренсия (.No 103) . Последний
из открытых трансуранов -элемент .NH 04 должен
быть аналогом гафния .
XllI\lllЯ ОДНОГО-ЕДИНСТВЕllНОГО
АТО1'1А
Не сл едует думать , что сл ова «науню) п « чу­
дт) противоречат друг другу . Нельзя считать ,
что задача науки- р азоблачать чудеса . Будет
гораздо правильнее утверждать , что наука-то
и создает подлинные чудеса , дел ает сназочно
немыслимое реальным и действительным.
Таким подлинным чудом , чудом, осущест­
вленньш самой могуществ енной силой в мире -
человеческим разумом , было создание и откры­
тие 101-го эл емента , получившего славное
имя «менделевий)) .
Величайший критерий истинности на учны х
положений - это , бесспорно , возможность пред­
ск азания .
Результаты хроматографического
исследования по.казали химическое сходство
между лантаноидами и трансурановьI111И элемен­
та111 и. Эти результаты дали исследователям ос­
н ование предсказать , что те трансурановые эле­
м енты , 1\ оторых еще нет , которые еще то.'Iыю
должны быть созданы человеl\0111 и должны быть
Та 6"1 rп�п 1• r.111 f1 111 ье <сJ'дини,1u Р .-1 , ьип1r суd ь6а од11010
tlJJQClll OlQ Ollt "JJ bl llttl Н (J:J)(blf fl·lll Ql)Jlt ф U 1f)�>
А - Первая хроматографическая установ1<а про ­
фессора М. Цвета. В труб1<с слева отчетливо видны
цветные зоны , соответствующие различным пиг­
ментам хлорофилла, 11звлеченного 11з зеленых .ч: исть -
ев . Б - Хроматограмма запаха свежсii земяяник11,
полученная на хроматографе с ионизац11онным
дете1<тором. R - Схема разделения смеси 11з двух
компонентов (красные и черные моле1<улы) на J<а­
пиллярной 11олон1<с. Сначала молекулы дв11жутся
вместе (J), затем 11расные молекулы нес11оль1<0 опе- lil
llo.
..
режают черные (:!) 11 заметно обго1шют их (3). Пр11 ,.
..
..
.
попадании красных мо"1скул в детектор на Н�'дсвой
линии появляется ш11< первого 1<омпонснта (.J-5),
а пр11 попадании в детс1<тор черных молекул на нуле-
вой линии записывается пи1< второго 1<омпонента (6).
Г - Хроматограмма разделения на бумаге смеси
синих и 1<расных чернил. Такую хроматограмму
нетрудно получ11ть самому. Внося в центр лист11а
смоченной фильтровальной бумаги 1<аплю смеси
красных и синих чер1111л 11 а1<1<уратно нанося по кап -
лям чистую воду , вы с11оро получите точно такую жо
картинку.

}'ДИВИТЕЛЬНАЯ СУДЬБА ОДНОГО ПРОСТОГО ОТКРЫТИЯ
выдел ены, изолированы и изучены , которые
еще тольно будут открыты , - элементы с по­
рядковыми номерами 99 , 100 , 101- должны быть
аналогами редкоземельных эл ементов : гольмия
(No 67), эрбия (No 68) и тулия (No 69) . Следо­
вательно, их надо искать хроматографическим
методом в сл ожной смеси продуктов ядерного
синтеза, и на хроматограмме они будут р аспо­
лагаться в строго определенном порядке: точ­
но в таном же, как и их собратья ,- сначала
101 , затем 100 и, нанонец , 99 . Это предсказание
был о насто.тько исчерпывающим , что можно
был о заранее предвидеть , в каной по порядку
напле р аствора, вытекающего из хроматогра­
фичесной нолонны , будут содержаться атомы
еще не существующего элемента.
Предск азание подтв ердилось с поразитель­
ной точностью : методами хроматогр афического
анализа были открыты эйнштейний (No 99) и
фер1
1
1ий (No 100).
·
Все труднее и трудн ее достигается ядерный
синтез новых эл е111ентов . Все нороче оказы­
вается период их существ ов ания . Все 111еньш е
и меньш е атомов получают иссл едов атели
в нонце дол гой , трудной и сложной работы.
Много труда было положено на от1\рытие эле­
ментов 99 и 100 . Поисни методов ядерного син­
теза, выслежив ание новых трансурановых эле­
ментов , «охота>> за ними: напо111инают увлена­
тельную прикл юченческую повесть . Но ни одно­
му писателю-фантасту , ни: одному а втору детек­
тивных 11 приключенческих романов не могло
бы и: в голову прийти: что-либо похожее на исто­
рию от1\рытия 101- го эл емента .
Пол учени е последн их трансуранов сопро­
вождалось таюнш трудностями , что в ядерной
реакции и ожидать был о нельзя снолько-ни­
будь заметного выхода 101- го элемента . В этом
опыте облучалась мишень - золотая пластин­
на с нанесенным на нее одним 111иллиардом ато­
мов эйнш тейния . Теория и расчет поназывали,
что за один опыт нельзя было надеяться полу­
ч ить больше одного атома элемента .NO 101.
Taб.HH(lt ·и. стаи�.ье <1с.У()ив1н11е ..
.
�·ь·нан cyiJъ6a ot)llOlO
npoc·mo10 ои1 t.•11ыnt11.n (.xpoмa·Jttolpaфun)�>
B·нudy - кольце вая хроматограм ма на бумаге слож­
ной смеси шести различных аминокисло т, прояв­
ленная четырьмя разными реактивами. Вве11zу
с11рана - д вухмерная хроматограмма еще более
сложной смеси четырнадцати различных аминокис­
лот. Эта хроматограмма получена и з одной капли
раствора смеси кислот, нанесенной в точку, обозна­
ченную кружочком. Проявление велось поочередно
в д вух направления х разными реактивам и. :Каждая
метка-пятно принадлежит одной аминокислоте.
По окраске и положению пятна можно совершенно
точн о установить природу вещества. Ввержу с.:&е­
ва - хроматограмма обы кновенного чернильного
пятна-кляксы на промокательной бумаге.
Трудности фантастической « охоты» за одним­
единст венным ат омом еще не сущест вующего
элемента не испугали известного америнан­
ского ученого Глена Сиборга . Основываясь на
н епреложной справедлив ости закона Менде.1
1
ее­
ва, он вместе со своими сотрудниками предпр11-
нял смелый , заведомо дол гий и трудный поис1с
Залогом успеха в их работе был о то , что они
уже владели хроматографическим методом.
Только бл агодаря хроматографии можно было
по химическому поведению одного или двух
атомов правильно судить о химии нового эле­
мента . К аждый атом тысячи и тысячи раз уча ст­
вует в одних и тех же химических реакциях
(адсорбция - раств орение) . Пол уча ется под­
линная статистическая I\артина пов едения эле­
мента .
После упорной и долгой работы , после мно­
гих и горьких неудач и ра зоча рований отваж­
ные исследователи были вознаграждены выс­
ш ей ДЕ.Я. ученого награ дой - открытием новоii
тайны природ:JI : нм удалось обна ружить один(! )
атом
'
нового эдемента и установить его х11мн­
че скую природу.
Вдума йтесь в чудо , совер шенное наукой .
Исследователп сумели найти одш1-едннствен· ·
ный:, впервые возникший по воле человека
а том никогда ранее не существовавшего :JЛе-
111ента , потому что они заранее знали, где,
в какой именно из многих ка пелек , вытекаю­
щих из стеклянной трубочки, должен нахо­
диться этот неведомый еще атом.
И кажды й раз, когда снова и снова повто­
рялся этот удивител ьный опыт, созданный
человеком единственный а том нового эл емента
послушно и аккуратно выходил из хроматогра­
фической колонны точно в заранее предсказан-
, ной капле раствора . Часто уче ным не уда ва­
лось обнаружить ни одного атома , изредка нм
везло, и они находили сразу два атома, но ни­
когда не было, чтобы этот атом оказался в дру­
гой , по порядку не соответствующей его химп­
че ской природе , капельке .
J{ этоii славной победе их привело соче тапне
г лубоной те ории и тонкого эксперимента .
Беспримерная научна я смелость американ­
ских ученых не была безрассудной. Ими ру:ко­
водила великая идея Менделеева о периодич­
ности свойств химичес1шх элементо в. Они умело
использовали хроматографический метод про­
фессора Цвета . Точность и непреложност ь этпх
двух могущественнейших методов познания при­
роды настолько велини, что для и сследователей
было достаточно обнаружить и определить в ря­
де опытов всего толыю семнадцать отдельных
393

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
о12
групnА
3
4
54
ss·
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
69
'10
7.1
6-АПЕРИОД ХеCsВаLaСеPrNdPmSmEuGdТЬDyНоErTuУЬLuHf
94
Pu
10
ЧИСЛО КAПl.ntt
Пр11 помощи иоиообмс1111ой хроматографи и б ыл11 открыты 11 11сслсдованы тяжс.tые тра11сура11овыс :темснты. На рисунке
сопоставлено положе1111с рсдко:Jсмсльных и траис)·рано вых э.tеме11тов в пср11одической таблице с хроматограм мам11 изме­
не11 11я активиост11 вытекающего 113 коло11к11 раствора. На осно вании аналогии строения и свойств элементов этих двух
рядов было предска:Jано , в ка к11х имt>нно кап.tя х раствора , вы ходящего из хроматографи ческой ко.tонки , следует 11скать
атомы новых трансурановых элементов. Капли соб11рат1сь в пдоские платиновые чашечк11, выс)·ш11вались , после чего
чаше•1ки помещаю� в 11он113ац1юнную камеру д.�я 113мерсн11й рад11оа кт11вноет и. Именно таким обра3ом был открыт мен -
делевий, хотя в каж дом опыте ). 11сс.1едоаателеii был всего один атом.
атомов , чтобы с уверенностью заявить об откры­
тнп нового э:1емента .J\o 101.
В честь Д. И. Менде:1еева, велико го рус­
С/\ОГО ученого, идеп I\Оторого были путевод­
ной звездой на долгом и тяжелом пути к созда­
нию новых элементов, 01111 назва.тш 101-й
элемент м е н дел е в п е м. Увлеnательная
11стория его открытия - хороший пример пре­
емственности 11 дружбы в науке.
Xl110l\IATOГl11AФllH СЕГОДНЯ..•
Хроматография - удивительная науnа. Она
снромная труженица. Главная ее задача­
помогать другим наукам. В наши дни уже ни
одна обJiасть естествознания не может обойтись
без точных, быстрых и беспредельно чувстви­
\l'ельных методов хроматографии.
394
Как аналитический метод хроматографпя
далеко опередила все остальные методы хими­
ческого анализа. Даже спе1\тральный анализ
и тот уже отстает теперь по cвoeii чувствительно­
сти от газо-жидкостной хроматографии. Без
нее была бы невозможна великая победа физ1ти
и ядерной химии - синтез и выделение в чи­
стом виде новых искусственных элементов.
Методом ионообменной хроматографии было об­
наружено присутствие одного атома нового эле­
мента. Конечно, в этом случае задача была
облегчена радиоактивными свойствами нового
элемента. Но и в других областях науни,
например при определении органичесних сое­
динений, достижения хроматографии совсем
недавно показались бы чудом: хими:ки могут
теперь уверенно обнаруживать некоторые ве­
щества, даже если онп присутствуют в :количе­
стве, не превышающем тыся чи моле:кул в :куби­
ческом сантиметре.

УДИВИТЕЛЬНАЯ СУДЬБА ОДНОГО ПРОСТОГО ОТКРЫТИЯ
Хроматография помогает химикам разби­
раться в тонча йших различи ях химических
свойств близких по строению молекул . Благо­
даря ей стало возможным разделять изомерные
молекулы; даже оптические изомеры с ус­
пехом разделяются в хроматографической ко­
лонне .
Ведь только хроматография дает возмож­
ность одновременно определять вещества в одн ой
пробе, не превыша ющей т ысячной доли грам­
ма . Она позволяет быстро и точно обнару­
жить одновременное присутствие свыше сотни
различ ных сложнейших химических соединений.
И химик может любое из них выделить в чи­
стом виде , не разруша я и не изменяя его, что
было неиз бежным для бол ьшинства старых
методов аналитической химии .
Этп замечател ьные свойства хроматографии
дали возможность биохимикам следить за бы­
стрыми и сложными превращениями веществ
в живых организмах и начать изучение меха­
низма протекающи х в них бесчисленных и слож­
нейших химических превращений и тем самым
начать штурм величайшей из тайн природы -
тайны жизни.
Очень много у хроматографии и чисто прак­
тической повседневной работы буквально во
всех областях новой техники. В атомных лабо­
раториях и на атомных завода х она помогает
ученым и ин женерам, работающим в области
ядерной химии, выделять новые изотопы; гео­
логам - разгадывать тайну происхождения и
соста в нефти и искать новые нефтяные и га зовые
месторождения; инженерам-химикам в лабо­
раториях и на завода х - анализировать слож­
нейшие смеси природных лекарственных ве­
ществ :
антибиотиков, гормонов, витаминов,
ферментов , алкалоидов и, что еще более ва жн о,
получать их в чистом виде; агрох имикам и
почвоведам - следить за судьбой удо брений,
внесенных в почву , и добиваться высоких и
устойчивых урожаев.
... 11 �JABTI•A
В наши дни роль и значение хроматографии
в науке и технике необозримы и необъятны .
Но еще удивител ьнее и фантастичнее ее бли­
жайшее будущее .
Конечно, методы хроматографии. будут со­
вершенствоваться, анализы будут более чув­
ствительными, точными и быстрыми. Появятся
новые приемы разделения. Уже сейча с раз­
рабатыва ются хроматографические процессы
Каждое новое вещество, аы ходя щее из хроматоrрафич1,ской
колонки , отмечается на диаrрамме сиrналом в виде пи ка.
Ве щество, выход котороrо реrистрируется таким пиком"
можно извлечь нз раствора нли rазов ой смеси , собрать и в ыде­
лить в чистом виде. Этот метод все шире применяется для
разделен11я очень сложны х смесей.
без движущейся среды : га з или раствор итель
заменяются температурным полем .
Ученые-химики надеются, что скоро хрома­
тография науч ится не только обнаруживать
различные химические соединения, но и опре­
делять природу и строение отдельных молекул
в сложной смеси . Это откроет перед химической
наукой новые необозримые возможности .
Химики и технологи уверены, что скоро
будут созданы промышленные методы крупно­
тоннажного производства хроматографическим
путем. При этом будут получаться вещества
невиданной чистоты, с новыми замечател ь­
ными свойства ми.
Непревзойденная быстрота газохроматогра­
фического анализа и его огромная точность
позволяют возложить на хроматографию еще
одну неожиданную обязанность - руководить
химическим производством. Ин женеры-химики
мечтают о новы х уди вительных химических
завод ах, завода х-а втоматах, на которых л юди
Двухмерная хроматоrрамма сока сырой картошки. Капля
сока была нанесена в месте , обозначенном крестиком. По числу
пяте11 видно , что присутствует двадцать семь раЗJ
J
ичных
веществ.
390

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
будут освобождены от трудн ой и опасной рабо­
ты . Хроматографический автоматический ана­
лиза тор будет с недостижимой для любого ,
даже самого опытного аппаратчика точностью
и вниманием следить за ходом технологиче­
ского процесса , следить неотступно и непрерыв­
но , никогда не уставая и не отвлекаясь . Си гналы
ан ализатора о соста ве продукта будут поступа ть
на быстрорешающее вычислительное устройст­
во , которое сможет немедленно прин имать нуж­
ное решение и будет автоматически вести про-
изводственный процесс в наиболее выгодном ре­
жиме , заста вляя мех анизмы выполнять авто­
матически все необходимые операции. А самое
главное в том, что на заводах, упра вляемых
хроматографическими анализаторами,
можно
будет получать такие вещества , которые дру­
гими путями получить невозможно .
Хроматография - путь к химическим за ­
водам-автоматам будуще го . Быть может, ты ,
читатель, построишь первый такой завод! Хро­
матография тебе поможет/
•
ХИМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ
Символы ста четырех элементов заполняют
кл етки периодической системы . Подавл яющее
большинство из них получено в свободном виде .
А между тем в природе химические элементы
встреч аются главным образом в форме самых
разнообразных соединений. Извлечь тот или
ин ой элемент и з мин ера ла или горной по­
роды часто нелегко, и сдел ать это удается с по­
мощью целого комплекса химических процес­
сов . Эти процессы и есть химические реакции.
J\оличество известных химических соедине­
ний - от простейших до самых сложных -
превышает 2 млн . Все они, а также и те , с кото­
рыми еще предстоит встретиться исследовате­
лям, - резуJiьтат химического взаимодействия
элементов , продукт химических реа кций . Еже­
сенундно во Вселенной про исходит бесчислен­
ное мн ожество химических реакций .
.. . Вы пробегаете глазами эти строки , улав­
ливаете их смысл , и в вашем мозге совершаются
сотни и тыс ячн ра зличных химических реакцпй .
Если в стахан 1,ре пкого чая положить хусочек
лимона , цвет напитка бледнеет : про изошла
химическа я реа нция. Топится печ ь, пляшут
ярние огон ью1 пламен п, и от смолистых по­
лен ье в остается кучна золы . Это пре вра щение
осуществил ось благо даря химическим реакциям .
Реакция горения - перва я химическа я реак­
ция, с ноторой познакомился чедовек . А потому
ле генду о Прометее , подарившем Людям огонь,
можно считать J1е гендой о том , кан человен
впервые столкнулся с химичесю1ми взаимодей­
ствиями .
. . . Весь облик нашей Земли, ее леса и горы ,
ее почвы и воды с озданы химическими превра­
щен иями. Уголь, :который дает нам электри-
390
чество; нефть - топливо , приводящее в дви­
жение автомобили и самолеты; металлы , вы­
плавленные из руд , -все это продукты хими­
ческих реющий .
В своем понимании химической реа1щии
человек прошел дл инный путь . Дикарь, кото­
рый с удивлением наблюдал, нак молния пре­
вра ща ет могучее дерево в уголь и золу, и совре­
менные исследователи, которые вплотную подо­
шл и к синтезу белка , одного из самых сложных
веществ,- вот две крайности в предста влениях
человека о химических реакциях .
J\огда простые или сложные вещества всту­
пают во взаимодействие друг с другом , они
обычно дают знать об этом . Стоит бросить в раст­
вор серной кислоты кусочек цин ка , как момен­
тально О'!' него побегут пузырьки газа. Пройдет
некоторое время, и металл исчезнет. Цинк
растворился в ю1 сл оте , и выделился водород .
J\а к все это происходило, вы видели своими
глазами. Если поджеч ь комоl\ серы , он заго­
рится голубоватым пламенем, появится удуш­
ливый запах. Сера соединилась с кислородом
и обра зовала химическое соедин ение - серни­
стый ангидрид. Польем белый порошон
безводной сернонислой медп CuS04 водой, он
синеет . CoJiь соединилась с водой, и образовалось
соединение - синие кристаллы медного 1\упо­
роса - CuS04 • 7Н20. Вещества такого вида
называются кристаллогидратами.
Всем знаl\ОМ процесс гашен ия извести. Не­
гашеную известь СаО обливают водой, полу­
чается «гашенка)> Са (ОН) 2• Цвет вещества не
измен ился, но легко убедиться, что реа кция
про шла . При гашении извести выдел яется
много тепла.

Химические реакции проходят с выделением
или поглощением энергии, чаще всего тепловой.
Вот первое непременное условие всех химиче­
ских реакций . Иногда тепла выдел яется так
много , что это легко обнаружить на ощупь. Реак­
ции , идущие с выделением тепла , называют
экзотермическими.
Га шение извести - это пример эк зотерми­
ческой реакции :
СаО+Н2О _,
Са (ОН)2 + Э.
Э равно 16 ккал
Известн о множество эк зотермических реак­
цпii , где тепла выделяется неср ав.ненно больше ,
например горение бора в кис лороде :
4В + 302 --> 2Вр3 + 672 ккал.
Образование озона - хороший пример э н­
дотермической реакции,идущей
с поглощением тепла :
302 + 69 ккал -> 203•
Соединения, которые образуются с выделе­
нием энергии, называются э к з о тер м и ч­
н ы м и. Их гораздо больше , чем соединений
эндотермичных, образующихсяспо­
глощением эн ер гии . Таков, на пример , озон .
Все эндотермичные соединения в большей или
меньшей сте пени неустойчивы .
Царство химических реакций - это слож­
нейша я область, и изучают ее са мые различные
науки. Чтобы пон ять, как происходит та или
ина я реакция, химик призывает на помощь
и физику, и ма тема тику, и биологию. Он часто
нуждается в услугах хитроумных вычисли­
тел ьных машин .
Ра зные химические процессы протекают
с ра зличной скоростью. Одни соверша ются
мгновенно, другие та к медленно, что на первый
взгляд ка жется, будто реакция не идет совсем .
Таких «незаметных» реакций очен ь много , и
среди них ест ь очен ь важные , жизненно необ­
ходимые дл я практики, для получения нужных
чел овеку веществ .
Взрыв - вот пример мгновенной реакции.
Здес ь счет идет на доли секунды . Твердое
взрывчатое вещество превращается в газо­
образные пр одукты .
Процесс ржавления, или коррозии, железа
наносит громадный убыток человечеству. Более
Самая простая молекула - н, и одна -
из самых сложных молекул ДНК (де­
зокскрибонукленновой 1еимоты).
ХИМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ
397

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТ ВА
В ходе химической реакции образуется щ1вое соединение (вещ с­
етво) , происходит выд еление или поглощение энергии (8).
10 % производимого металла теряется бесriо­
лезно. Иоррозия - пример коварного процесса ,
она протекает постепенно. Вечер ом железная
пластинка будет та кой ж.е , как утром, но прой­
дет несколько дней, и на ее поверхности появ­
ляются рыжеватые разводы ржавчины . Про­
цесс коррозии во многом зависит от окружающих
усл овий. В тропических странах, где высокая
вл ажность и жарко , стальные и железные изде­
лия ржавеют быстрее , чем в средних широтах.
Обратите вн имание , что повышенная темпе­
ратура ускоряет коррозию .
А вот, до пустим, в стеклянном сосуде сме­
шаны два газа - водород и кислород, состав­
ные части воды . Сосуд при комнатной темпе­
ратуре (15-20°Ц) может стоять сколько угодно,
и на поверхности стекла не будет заметно ни
един ой капел ью� вла ги. Иа жется, что водород
вовсе и не соедин яется с ю1слородом. Соеди­
нение идет, но только чрезвычайно медленно.
Чтобы на доныuше сосуда образовалась лужица
воды , должны пройти тысячелетия. В чем же
дело? Ока зыва ется, комнатна я температура
сл ишком низка , чтобы водород и кислород
вступили в быстрое взаимодействие . Но если
нагревать сосуд, стенки его запотевают. Это
верный признак протекающей реакции . А при
500°Ц сосуд разлетится на мелкие осколки.
При та кой температуре образующие воду газы
реагируют со взрывом .
Но всегда ли это происходит так? Нет, не
всегда . Чтобы образовался один объем водяного
пара , нужно взять два объема водорода и один
объем кислорода . Эту смесь называ ют также
гремучим газом: при нагревании она взры­
вается . Если же количество водорода в смеси
:менее 4 % или более 94 % (по объему), то такая
398
смесь не взрывоопасна . Ск орость хим ичесной
реакции зависит не только от температуры ,
но и от концентрации реагирующих продуктов.
Температура и концентрация - вот те ва ж­
нейшие понятия, которыми оперирует химиче­
скаякинетика-наукаоскоростяххими­
ческих реакц:l1й. Ее основной девиз : обеспечить
полноту протекания х имичес1шго процесса , полу­
чить наибольший выход нужного продукта .
Ради этого химик-юшетик становится п физи­
ком и матема тиком. И он ставит перед собой
задачу - рассчитать химическую реакцию.
Ита к , прежде чем смешива ть исходные веще­
ства , химик задается вопросом: при ка1>ой тем­
пературе пойдет реакция? При обычной , ком­
натной, начина ются немногие . Уголь не заго­
рается сам собой, смесь порошков магния и
серы та к и остается смесью . Стоит лишь под­
вести к ним пламя - реакции начинаются
тут же.
Почему же тепло способно заводить меха­
низм химического процесса? Вернемся снова
к воде . Водо род и кислород в сво бодном виде
существуют в форме молекул Н2 и 02• Чтобы
эти молекулы могли прореагирова ть, они дол­
жны столкнуться. И чем чаще будут такие столк­
новен ия, тем вероятнее образование молекулы
воды . При комнатной температуре и нормаль­
но).� давлении кажда я молекула водо рода долж­
на сталкиваться с молекул ой кислорода .. .
более десяти :миллиардов раз в секунду . Если
бы любое столкновение прив одило к хшшч е­
скому взаимодействию, реакция прошла бы
быстрее взрыва - за одну десятимиллиардную
долю секунды! Но мы не вид им в сосуде ,
где сме шаны два объема водо рода с одним
объемом кислорода , никаких изменений по­
тому , что в обычных условиях очень редкое
столкновение приводит .к химической реакции .
И секрет заключае·тся в том, что сталкива ются
молекулы водорода и кислорода.
Прежде чем вступить в реакцию, мо.'Iе кулы
дол жны распасться на атомы . Точнее говоря,
валентные связи ме жду атомами кислорода
и атомами водорода в их молекулах дол жны
ослабнуть и настолько , чтобы не препятство ­
вать объединению разнородных атомов водо­
рода и кислорода . Температура и играет роль
кнута , подсте гива ющего реакцию. Она во много
р аз увеличивает число столкновений , делает
соударения молекул более энергичными. Это
приводит к ослаблению валентных связей в мо­
лекулах Н2 и 02• А когда водород и кислород
получают возможность встретиться на атомар­
ном уровне, они реагируют мгновенно.

Но химика-кинетика такое качественное
описание процесса мало удовлетворяет. И он
вводитновоепонятие: энергия акти­
в а ц и и. Это та самая энергия, которой
должны обладать
молекулы , чтобы при­
обрести способность к химическому взаимо­
действию.
Даже при обычной температуре среди моле­
кул водорода и кислорода отыщутся такие,
у которых энергия равна или больше энергии
активации. Потому-то образование воды идет,
но чрезвыча йно медленно . Слишком м ало до­
ста точно энергичных молекул . А высокая тем­
пература приводит к тому, что активационного
((барьера» достига ют многие молекулы .
Роль энергии активации поистине колос­
сальна . Вообразим себе , что все молекулы стали
бы реагирова ть друг с другом при любых энер­
ги ях. Тогда не стоило бы даже говорить о ско­
ростях реакции. Все вещества стали бы очень
быстр о соединяться друг с другом, и образо­
выва лись бы самые устойчивые соединения:
окислы , соли. Все металлы момента льно бы
окислились , все сложные органич еские веще­
ства разрушились , превратились бы в простые,
но более устойчивые соединения, в том числе
и вещества , входящие в состав живы х клеток .
Получился бы странный мир - мир без жизни,
бе з химии, фантастический мир очень устой­
чивых соединений, не имеющих желания всту­
пать в химические взаимодействия. Вот от
таких неслыханных бед сберегает нас суще­
ствование энергии активации.
Посмотрим теперь, что такое концентрация
и какую роль играет она в химических реакциях.
Концентрацией называютчисло моле­
кул реагирующе го вещества в каком-нибудь
объеме , на пример в кубическом сантиметре .
Чем вы ше концентрация молекул взаимодей­
ствующих веществ, тем ча ще они будут ста л­
киваться, тем быстрее пойдет реакция . Как
же повысить нонцентрацию? Ка к «зажатм
в нубич еский сантиметр объема побол ьше
молекул?
Вот пример . Синтез аммиа ка в практиче ской
деятельности человека очень ва жный химиче­
сний процесс . Три молекулы водорода и одна
молекула азота дают две молекулы аммиака :
ЗН2+N2 -• 2 N H3• Если при обычном давлении
смеша ть три объема водорода и один объем
азl')та , то будет все го лишь смесь га зов. Но вот
давление увеличива ется, снажем , в 500 раз.
Смесь подвергается
давлению,
равному
500 атмосфер . Скорость реа кции увеличивается
в 60 с лишн им миллиардов раз.
ХИМИЧЕС:КАЯ РЕАКЦИЯ
Вспомним теперь основной девиз кинетики:
обеспечить полноту протекания химической
реакции, получить наибольший выход нужного
продукта .
Если реакция идет с малым вы ходом про­
дукта , то еще надо задума ться, стоит ли тратить
время, силы и средства дл я ее осуществления.
Ведь задача химии - служить человеку, слу­
жить с толком. В прошлом у химии существо­
вал свой символ : змея, кусающа я собственный
хвост. Если этот образ перевести на более понят­
ный язык современной науки, то он означает:
обратима я химическая реакция. Все химиче­
ские реакции в принципе обратимы . Два атома
водорода и атом кислорода , соединяясь , дают
молекулу воды , и одн овременно друга я 1\Ю.Тiе­
кула воды распадается на составные части. Две
противоположные реакции протена ют одно­
временно : образование воды (пряма я реакция)
и ее распад (обратна я реакция) . Если скорость
прямой реакции равна скорости обратной, то
данна я·система находится в равновесии . И та к
дл я любой реакции . В разл ичн ых реакциях
равновесие достигается в разное время: у од­
них мгновенно, а у других далеко не сразу.
Чтобы девиз кинетики осуществился прак­
тически, нужно одно : как можно дольше оття­
нуть момент наступления равновесия, не до п у­
стить, чт обы обратна я реакция стала конкури­
ровать с прямой . Здесь приходится вве сти еще
одно очень важное дл я мира химических взаи­
модействийпонятие:нонстанта равно­
в е с и я - важнейший рычаг для управления
химическими реакци.Ями .
Константа равновесия реакции - это отно­
шение произведения концентра ций обра зовав­
шихся веществ к произведению концентраций
веществ, первоначально вступивших в реан­
цию. Вот выражение дл я константы равнове­
сия процесса синтеза аммиа ка :
[NНз]2
К= [Н2]
3.[N2]
В числителе - концентрация образовавшегося
аммиака [N H3]; так как его две молекулы ,
то нонцентрация возведена в квад рат: [NH3]·
·[NH3] = [NH3]
2
•
Как «построею> знаменател ь,
легко догада ться.
Если химик желает, чтобы та или ина я
химическая реа:кция имела практичес:кий «резо­
нанс» , он должен предва рительно вы яснить,
чему равны значения ее константы равновесия
при различных температур ах. Веяна я дробь
тем больше , чем больше ее числитель и чем
меньше знаменатель. Чем больше будет :концен-
899

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
т рация образующихся продуктов реакции , тем
меньше становится концентр ация исходных .
Тем большим ока зывается зна чение К. Следо­
вательно, тем в более сил ьно й степени прямая
реакция преобладает над обратной. Вот к чему
в итоге сводится задача химика - к регулиров-
1\е константы равновесия. А эта регул ировна
требует знания двух других важнейших поня­
тий кинетики: фактора температуры и фактора
да вJ1ен ия.
Для иллюстрации главных принципов хими­
че с1< ого взаимодействия вернемся опять к син­
те зу аммиака . При комнатной температуре К
ДJIЯ синте за аммиака равна примерно 100 млн .
1:\азалось бы , смесь азота и водор ода в таких
условиях моментал ьно должна превратиться
в аммиан. Но она не превращается. Очень уж
ма ла скорость пр ямой реакции . А если смесь
на греть до 500°Ц? Одна ко в таких услови.Ях
у нас ровным счетом ничего не получится .. .
Расчеты кинетики показывают , что при
температуре 500°Ц К сост.авляет всего-на всего .. .
шесть тыс ячных (6· 10-3) . Во мно го раз пре­
обладает обратная реакция: 2NНг>З Н 2+N2 " .
А мы бы так на гревали 11 на гревали смесь и
думали, почему у нас ничего не получается.
Химическая кинетика четко доказала : для
синте за аммиака наиболее выгодны возможно
низкая температура 11 возможно высокое дав­
ление . И помог кинетике в этом еще о дин закон,
управл яющий миром химических реакций , та к
называемый принцип Ле Шател ье , именуемый
в честь открывше го его французского ученого .
о•
о
о
о
о
•
о
о
•
•
о
о
о
о.о.оо
•
•о
0 80•
0•
о
о
•о
•оо
о
о
оо•о
С ростом давления увеличивается концентрация (число моле­
кул реагирующих вещ еств в единице объема) н число столкно ­
вений реагирующих молекул. Поэтому давление увеличивает
скорость реакции, которая пропорц11ональна числу столкно-
вений.
Предста вим себе пружину, вделанную в не­
подвижную опору. Если оставить пружину
в покое , можно сказать, что она находится
в равновесии . Если сжимать ее или, наоборот,
408
растягивать, пружина из состояния равновесия
выходит . Однако одновременно начинает увели­
чиваться ее упругость, т. е. силы , стремящиеся
вернуть ее к равновесию . Они-то и противодей­
ствуют сжатию или растяжению пружины . На­
конец , наступит момент, когда обе силы уравно­
вешивают ся. Пружина снова ока зывается в ра­
новесном состоянии. Но это будет уже иное,
не начальное равновесие . Оно будет смещено
в сторону сжатия или растяжения.
Такое поведение деформируемой пружины
аналогично действию принципа Ле Шателье .
Вот как его формулирует к инетика: пусть внеш­
няя сила действует на систему, находящуюся
в равно весии. Тогда равновесие смещается
в сторону, указываемую этим воздействием .
Смещается до тех пор , пока силы противодей­
ствия не уравняются с внешними .
Опять призовем на помощь реа1щию синте за
аммиака . Она , как известно , обратима я:
Из четырех объемов газов получаются два.
Увеличивается давление , и это приводит к умень­
шению объема . Следо вател ьно , реакция сме­
щается вправо . «Пружина » сжимается. Выход
аммиака увеличивается.
Но люба я реакция сопровождается выделе­
нием или поглощением те пла . При синте зе
аммиака тепло выдел яется:
3Н2+N2 -> 2NH3+Э.
Если нагревать смес ь, то реакция пойдет
с права налево . Обратна я реакция будет пре­
обладать над прямой. «Пружина» растягивается.
В обоих случаях установится новое равно весие .
Но в первом оно будет соответствовать увели­
чению выхода аммиака, а во втором - резкому
уменьшению .
Видите , какой сложной 01\а зывается на деле
как будто бы нехитра я реакция синте за аммиака ,
как тщател ьно приход ится под бирать наилуч­
шие условия температуры и давления. Но и эти
факторы еще не все , чтобы можно было гово­
рить об успешном получении аммиака с бол ь­
шим выходом продукта .
Тепер ь вернемся к стеклянному сосуду ,
где заключена смесь двух объемов водорода
и одно го объема кислорода и где не уда ется
обна ружить ни ед иной капельки воды . Не
нарушая герметичности сосуда , введем в него
тонкую платиновую проволочку. И вот не­
ожиданность. Проволочка на гревается , а сос уд
н аполняется
туманом - вод яными
пар,ами.

Химическая реа кция
между
молекула ми
исходных
веществ
происходит тол ь ко в
том с.п:учае, ее.ли ки­
нетическая знерrия
сто.1кнувшихоя молс­
КfЛ достаточна для
образования п'роме­
)1(6'Точноrо соедине­
ния 11 разрыва ста­
рых связей молекул.
+
Темпер атура осталась неизменной, давление
осталось таким же , а реакция , рассчитанная
на тысячелетия, прошJ1а в считанные секун­
ды. Извлечем пл атиновую проволочку обратно ,
она совершенно не изменилась. Ее внешний
вид , ее химичес1шй состав, ее вес после опыта
точно та кие же , какие были до опыта .
Мы .оказались свидетелями очен ь важного
явления в мире химических реакций. Это явле­
ние называется к а тал и з о м. А вещества,
в данном случае пл атина , которые во много раз
ус1юр яют реакцию , сами при этом ничуть не
меняясь,именуютсякатализаторами.
Катализаторов неисчислимое количество . Ими
могут быть металлы - твердые и порошкообраз­
ные; окислы самых различных элементов; соли,
основания в чистом виде и в виде смесей (см .
цвет. табл. к стр. 377).
Важнейшие процессы химической техноло­
гии, например синтез аммиака , не обходятся
без катализаторов . Са,мое обычное металличе­
ское железо с примесью окислов алюминия и
калия зн ачительно ускор яет эту реакцию .
Химия ХХ в. обязана своим неслыха нным рас­
цветом именно применению катализаторов . Раз­
нообра зные жизненные процессы протекают
в животных и растител ьных организмах
благодаря
специа льным
катализаторам -
энзимам.
Химия неживого и живого - вот сфера
действия уд ивител ьных ускорителей .
Но не всякий катализатор может ускорять
данный процесс. . Химики говорят, что катали­
заторы обладают избирательностью действия:
могут активно влият ь на одну реакцию, совер­
шенно не обращая внимания на др угую . Ко­
нечно , есть и исключения из этого правила.
Ска жем, та же окись а л юминия способна ката­
лизировать нескол ько десятков реакций и в не­
органической и в органической химии . А на
си нтез аммиа:ка влияют различные катал.иза­
торы . Наконец, разные кв.та ли�а торы могут
о26д.э. т. 3
ХИМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ
заставить смесь одних и тех же веществ реаги­
ровать по- разному, давать различные продукты.
Есть, оказываетс я, вещества не менее уди­
вител ьные - промоторы. Взятые сами по себе,
они равнодушно относятся к реакции . Взятые
как примесь к катализатору, они ускоряют
реакцию в гораздо большей степени, чем это
сделал бы «одинокий» катализатор. Платино­
вая проволочка , «загрязненная» железом, аммиа­
ком или двуокисью кремния, произвела бы
в смеси водорода и кислорода еще более впечат­
ляющий эффе кт.
Почему же все-та ки катализаторы ускоряют
химические реакции?
Как будто бы действие катализатора подобно
увеличению температуры . В сосуде образуются
пары воды , если нагреть его на несколько сот
градусов или же внести проволочку из пла­
т ины . Результат один , а достигнут он разными
спо собами . Для того чтобы нагреть сосуд , надо
привлеч ь энергию . извне . Тепло увеличивает
количество активированных молекул и кон­
станту равновесия для реакции водорода и кис­
ло рода.
Катализатор не вносит никакой дополни­
тельной энергии . Он совершенно не влияет на
константу равновесия. Он лишь помогает до­
стич ь равновесия в реакции образования воды
и ускоряет во много раз н•ступление .этого
равновесия. Ката лизатор сниЩает щ1е ргию
активации молекул водорода и кислорода , ту
энергию, которая необходима для 'их быстрого
х имичQского взаимодействия. Платиновая про­
волэчка разогревается бшнода ря теплу, выде­
ляющемуся при стремительно происходящем
синтезе воды .
Отчего же понижается :энергия активации?
В присутствии катализатора реакция проте­
кает через образование неустойчивых промежу­
точных соединений. Для этого требуется мень­
шая эне ргия активации . Не такая бол ьшая,
как для пр ямого взаимодействия кислорода
401

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
и водорода . Вот почему проволоч ка из пла тины
и произвела в смеси водорода и кислорода столь
впечатляющее действие .
Есть, оказывается , кроме катализа положи­
тельного. катализ отрица тельный , когда при­
сутствие катализатора не убыстряет, а, наоборот,
замедляет течение реакций . Такие антиката­
лизаторыносятназваниеингибиторов.
Известны , например , ингибиторы коррозии . Они
снижа ют скорость коррозии металлических
издел ий. Очен ь эффективными за медлителями
коррозии считаются , в частности , соли хрома
и технеция (l\2Cr04 , l\Tc04) и мнgжество других
органических и неорганических веществ . Есть
ингибиторы окисления нефтепродуктов, инги­
биторы полимеризации и пр . l\атализ , нако­
нец , бы вает гомогенный и гетерогенный . В пер­
вом случае и катализатор и реагирующие веще­
ства образуют однор одн ую систему. Окисление
окиси углерода СО до углекислого газа СО2
в присутствии паров воды - вот один из при­
меров гомогенн ого катал иза . При гетероген­
ном катали зе реагирующие вещества и катали­
затор находятся в разных фа з ах. Та к, химиче­
ское взаимодействие между газами ускоряется
твердым катализатором (синтез аммиака) .
Ежегодно в мире появляются сотни статей
и де сятки книг, посвященных изучению ката­
лиза . И многие ученые разных стран пыта ются
постигнуть прич ину каталитического действи я.
Одн и сч ита ют , что активность катализатора
зависит от его химического строения . Другие
пола гают, что катали з происходит в том случае,
когда молекулы катализатора устроены подобно
моле кулам реагирующи х веществ . Тр етьи не
без основания ищут причину катализа в особых
с.войствах поверхности катализатора.
.
l\атализ хранит достаточно неопознанных
тайн . Их хватит и на вашу долю.
Студентам на лекции, посвященной химиче­
ским реакциям, демонстрируют очен ь впечат­
ляющи й опыт . В стеклянной колбе содержится
смесь двух га зов - хлора и водорода . При
обычной темпера туре они реа гируют очен ь
медленно. Но колба почему-то упрятана под
колпак из толстой проволоки. Затем лектор
подн осит спичку и магниевой стружке , держа
ее вбли зи колпака . Стружка вспыхи вает
ярким пламенем , происходит взрыв . Это
цепная реакция взаимодействия хлора с во­
дородом.
В мире химических процессов может суще­
ствовать еще один вид реакций- ц е п н ы е.
Если нагреть колбу до 700°Ц, она тоже
взорвется. Хлор и водород соединяются мгно­
венно, за долю секунды . Это и не удивитель­
но. Ведь тепло во много раз повышает энер­
гию активации молекул . Но в опыте , о котором
мы только что расска зали , температура ни­
сколько не менялась. Эту реакцию вызвал свет.
l\ванты , мельчайшие <<Порцию> света , несут
большую эн ергию, гора здо больше той , что
требуется дл я активирования молекулы . Вот
на пути светового кванта встречается молекула
хлора . l\вант (hu) разделяет ее на атомы
и передает им свою энергию.
Cl2+hv -• Cl*+Cl*.
Атомы хлора Оl\а зываются в возбужденном,
богатом энергией состоянии (отмечены звездо­
чками) . Та кие атомы обрушива ются на моле­
кулы водорода , разры вают их на атомы . Один
из них соединяется с атомом хлора , другой
остается на свободе:
Cl*+Н2 -• HCl+Н*.
Но он возбужден . Он жа ждет поделиться своей'
энергией с молекулой хлора. l\ак только он
Реакция горения в истории человечества: у первобытнОl'о чело века; ...в древ
402

с ней сталкивается, молекуле хлора приходит
конец:
CI2 +Н* -> HCl + Cl*.
И опять на свободе оказывается активный хлор­
ный атом, и он недолго ищет, куда приложить
свою силу:
Cl* + Н2 ->НС! +Н*,
И та к получается длинная последовательна я
цепочка реакций ; в ней повтор яются все те
«ша ги» , которые мы только что изобра зили
на бума ге. Стоит реакции начаться, как все
новые и новые молекулы будут активир оваться
благодаря той самой энергии, которая выде­
ляется в резул ьтате реакции. Скорость реакции
нарастает подобн о снежной лавине , несущейся
с гор . Когда лавина достигнет подножия го­
ры , она замирает.
Цепная реакция затихает, когда все мо­
лекулы будут увлечены ею, все молекулы
водорода и хлора прореагируют. Кажда я
активированная светом молекула Н2 ИJШ С\2
создает около 100 000 эдементарных реакций
обра зования хлористого водорода .
Химики знают множество цепных реакций .
Известны цепные реакции и физикам. Напри­
мер , деление ядер урана нейтронами - при­
мер физической цепной реакции .
Само слово «химию> стало те пер ь пон ятием
собирательным , объедин·яющим внушительное
количество научных дисциплин . Эти направ­
ления тоже изучают вещества и их превраще­
ния, но каждое направление - своими мето­
дами и способами, со своими целями и задачами.
Каждое направление имеет ныне вполне само­
стоятельное значение .
Скажем , химия и электричество нашли
общие интересы . Общность интересов породила
�ноте; ... в XVJII.в.; ••• в XIX в.; ••• в ХХв.; ••• в наши дни.
6*
ХИМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ
Схема цепной реакции.
новую науку - электр охи ми ю (см. ст .
«Больша я зада•rа электрохимиш>) .
Когда вы включаете карманный фонарик ,
то знайте , что лучик света , прорезавший ноч­
ную тьму, - это результат электрохимичесной
реакции, которая произошла в батарейке . Вы
держите в руках нержавеющую хромированную
ложку . Хромовое покрытие нанесено на сталь­
ной предмет благодаря электрохимическому
процессу - электролизу. Электрический ток
выделил из раствора хромовых солей металл и
осадил его на поверхность ложки.
Свет и химия, объединившись, дал и начало
ф о тох и м и и. Эта наука изучает химиче­
сю1е реакции, протекающие под действием
света . С ней знаком ка ждый, кто занимается
фотографией. Пленка покрывается специаль­
ной эмульсией, в состав которой входит бро­
мистое серебро AgBr . Под действием света его
молекула распадается ·н а атомы . Куда упало
бол ьше света , там и образовалось бол ьше
атомов серебра. Поэтому на кадре потемнения
ра�пределяются неравномерно , и эта неравно­
мерность создает общий контур будущей фото­
карточки.
•
•
•
о
408

ПРЕ
·
ВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
�Cu
в rаJJь ваническом ЭJlем енте ЭJlектроны' переходящие ОТ ато­
м ов ци нка к ионам м ед и, совершают работу за счет знергии
х имической реакц ии превращения атома цинка в 11011 ц11нка,
а иона м еди - в атом мед11. Энергия хи мической реакции
преобразуется в :щектрическую.
А вот еще один фотохимический процесс.
Именно благодаря ему на Земле существует
кислород, 1\о торым мы дышим. Благода ря ему
на нашей плане те растет велиl\ое множество
растений. Под влиянием солнечного луча в зе­
леном листе из углеl\ислого газа воздуха и
воды , которую растение до бы вает из почвы ,
ежесекундно синтезируются ценнейшие угле­
воды и выдел яется 1\Ислор од. Процесс этот
называется фотосинтезом. Ка ждый зеленый
листочек - настояща я химичесRая фабрика ,
где происходят тысячи сложнейших химиче­
ских реакций.
Ученые еще не познали до конца процесс
фотосин теза. И, может, одна из главных за­
дач будущей химии - изобрести исн усствен­
ный «лист)>, в нотором совершались бы те
же самые процессы , что и в природе...
Когда химия применила дл я своих нужд
радиоактивные излучения, родилась- ее новая
о бласть - радиационная химия. Она сразу
дала заметный пра1tтичесний выход. Например,
***
начало развиваться про­
изводство ВЫС Оl\ ОКаче­
ственных пластмасс с
помощью радиационно­
хнмичесной по.'!имери­
зации мономеров. Ра­
диацион на я
химия
предл ожила новые спо­
собы вулнанизации 1\а у­
чуна.
Изготовленная
таким путем резина от­
личается бол ьшой изно­
соустойчивостью.
Или взять радиа­
ционный 1tреюшг. Кре­
кингом называется про­
цесс расщепления сл ож­
ных соединений, обра­
зующих нефть. При этом
нефть обогащается про­
стыми , легними углево­
дородами как насыщен­
ными, так и ненасыщен­
ными , из ноторых полу­
чают многие ценные ор­
ганические проду:кты.
Обычный :крекинг про-
Энергия СоJJнца вызывает в
:JeJleHOM JIИCTe растения уд и­
вител ьную и О'rен ь важную
реакцию фотосинтеза. Из
простых
неорганических
соединений образуются уг-
JJе воды.
водят при высо:кой темriературе и в присутствии
:ка т ализатора . Радиационный :кре:кинг этих усло ­
вий не требует. Сильное г амма -облучение обра з­
цов нефти в короткий сро:к производит расщеп­
ление тяжелых углеводородов. В других усло­
виях облучение может вызвать и обратный
процесс. Из легю1х углеводородов - метана
и этана - получают сложные ценные вещества­
альдегиды , :кетоны и органичес:кие кислоты.
Ученые ищут пути, :ка:к непосредственно из
азота получить азотную :кислоту под действием
радиоа:ктивных излучений.
Вот они , первые достижения радиационной
химии, а рас:крывшиеся перед ней горизонты
поистине необозримы.
...
Все, что было создано на Земле до чело­
века, все , что он создал, и все, что он создаст
в будущем, - это ре<�ультат химических ре­
а:кцИ:й , :которые так же многообразны, как
сам мир.
•
***
***
1 АристотеJJь:
УдИВJlеНИ Я ».
"наука ВОЗНИКJlа ОТ
Не забывайте не м ецкой посJJови­
цы: «Ганс н е знает того, что не вы-
Во время пубJJичной JJекции; про­
читанной детям, Фарадей показываJJ
свечу с « PoяJJ Джорджа»,
которая
вместе с корабJ1е11 57 JJeт проJ1ежаJ1а
на две моря. Свеча прекрасно rорела
***
учиJJ Гансик».
Луи де ВройJJь:
«Наука - дочь
***
mивJJения и JJюбопытства».
Бэкон: (< ЧеJJовек познает в споре».
404

БОЛЬШАЯ ЗАДАЧА ЭЛЕКТРQХИМИИ
БО.ilЬШАЯ ЗАДАЧА aJIEKTPOXИl\'lllИ
(топ.Jiивные �.Jiементы)
ПОЧЕМУ IIЕВЫГОДНА
TElloJ10BAH МАШИНА
Трудн о предста вить себе нашу жизнь бе з
электрической энергии. Электричество осве­
ща ет наши города и села , плавит металл в элект­
ро печа х , приводит в движение м.иллионы стан­
ков , питает Р1i\диостанции 11 совершает тысячи
других полезных дел.
Около 80% электроэнергии дают тепловые
станции , где в гигантских котельных сжига­
ют угол ь, сланцы , торф , природный газ, и
лишь 20 % электро энергии выраба тывают гид­
ростанции .
Усю1ия ученых напра влены на совершен­
ствование процесса получения электро энергии
из ·топл ива.
Процесс этот выглядит та к. При химической
реакции горения (окисления) топлива выде­
ляется энергия теплова я, бл агодаря ей в котле
расширяется пар и приводит в действие ло­
пасти паровой турбины - появляется энергия
механ ическа я. Мех аническая энергия в свою
очеред ь побужда ет к работе электричес1шй
генера тор. Та к возникает цела я цепочка пре­
вращен ия энергии:
энергия __, :шергия __,
энергия
_,
;энерrИя
химическая тепловая механическая <Jлектрическая
По закону сохранения энергии при каждом
преобразовании энергии общее ее ко.1 1ичество
не изм ен яется, энергия не теряется бе звозврат­
но и не возникает из ничего . :Ка залось бы , для
пра ктики безра зличн о, каким обра зом один вид
энергии превраща ется в друго й. На самом же
деле это не та к - ра зные виды энергии нерав­
ноценны .
Меха ническую и электрическую эне_ргию
можно непосредственно и полностью использо­
вать в виде любой полезной работы и полностью
превратить в любой другой вид энергии . Иначе
обстоит дело с тепловой энергией. Если мы по­
пыта емся превра тить те пловую энергию в ме­
ханическую , кака я-то ее доля всегда останется
неиспол ьзованной. Отношение количества энер­
гии , которое можно испол ьзовать для превраще­
ния в механическую , к о()щему количе<;тву теп­
ловой энергии на зывается к о эффиц иентом
полезного де йствия (к. п. д.) процесса
превращения энергии.
:К. п . д . тепловых машин зависит от их рабо-
чих темпера тур. Обычно он не превышает 30%
(у паровоза даже 7 % ) и лишь у самых со вершен­
ных машин достигает 40%. Это значит , что
больше половины тепловой энергии и в пере­
носном и в буквальном смысле вылетает в тру­
бу. Ясно, что теплова я машина - устройство
малоэффе:nтнвное.
Много .1
1
ет ученые пыта ются повысить к. п. д.
тепловых машин - совершенствуют конструк­
ции агрегатов , увеличивают их мощность и т. д .
Но повышение к. п. д . сверх 40% связано
с большими трудностями. Поэтому заманчива
другая идея - полн0стью отказаться от тепло­
вых машин и использовать химичесl\ую энер­
гию окисления топлива , минул промежуточное
выделение тепловой энергии .
На принципиал ьную возможность таl\ого
превращения уl\а зывает нам оl\ружающа я приро­
да. Любой организм черпа ет необходимую энер­
гию из органических видов топлива-пищевых
продуктов . В организме происходит то же
самое окисление топлива , что и в тепловой ма­
ш ине , обра зуются те же конечные продуl\ты ре­
акции - вода и углекислый газ. Но в машине
окисление про исходит. с выделением тепловой
энергии, что вызывает силыiое нагре вание среды,
а в организме энергия выделяется в основном
в виде механической энер гии мускульных со­
кращений, и тем пература окружа юще го про­
странства почти не повышается. :Ко эффициент
Коэффициент преобразования энергии в живом организме
достигает 60-70%. Такие высокие показатели немыслимы
для самы х совершенных тепловых машин.
405

ПРЕВРАЩЕН ИЛ ВЕЩЕСТВА
преобра зования энергии
достигает 60 -70 %. О
конструкторы тепловых
мечта ют .
в живом организме
таких показател ях
машин даже и не
Ита1(, химичесная энергия может пре вра­
ща ться прямо в механическую. А прямо в
эле ктрическую?
З.JIEKTPOXИMllЯ И УЧЕНИЕ
ОБ З.JIEKTPllЧECTBE
Проблемой непосредственного превращения
химической энергии в электриче скую и элект­
рической в химическую занпмается э л е к т­
р о х ими я. Эта науl\а зародил ась в самом
начале XIX в. В наши дн и она пере живает свою
вторую молодость.
Электрохимические реакции отличаются от
обычных химичесю1х реаRций тем , что в них
участвуютсвободные
электроны.
В ходе такой ре акции свободные электроны
либо выдел яются, либо . поглощаются. При ­
мера ми первых реанций могут служить реак­
ции растворен ия металлов: Zn -> zп+
2
+2е
Поднимающи й ся
цинковый
электрод
Хромовая
смесь
16 % H2S04
12 % H2Cr207
72 '· Н20
В первой половиие XIX в. единственны ми практическими
источниками электрического тока были гальванические эле­
менты - элект рохимические источники тока. С их помощью
стали возможны мно гочисленные открытия в области теории
ЭJ
J
ект ричествв.
406
В 1834 г. петсрбургск11й акадсм11к Б. С. Якоб11 создал первый
электрический двигатель. Он действовал от электрохимиче­
ского 11 сточиика тока.
или· реакции выделения кис.11орода на положи­
тельном электроде при электро лизе в оды :
40H--r2H2 0+ 02 +4е.
Реакции с отдачей электронов о к и с л и­
т е л ь н ы е (металлический цинн, отдавая
электроны , 01шсляется до двухвалентного со­
стояния) . В качестве примера вторых, в о с­
етановительных
реакций
назовем
реакции отложения металлов из растворов, на­
пример Cu+
2
+2e-rCu, или реа кцию эле1(троли­
тического выделения водорода : 2H++2e-rH2 •
Эле1(трохимические реакции протекают на
поверхн ости мета ллических электродов , по­
груженных в ра створ электр о л 11 та. Элект­
роны в обычных условиях не могут существо­
вать в водном растворе в свободном состо ян ии;
поэтому их и подводят н реа гирующим веще­
ствам или отводят от них по эле ктроду .
Электрохим ические реакции играют бол ь­
шую роль в технике . В течение почти всей пер­
вой половины XIX в. единственными источ­
никами электрического тона , ноторые помогали
совершать многочисленные отнрытпя в области
теории эле1(тричества, были э л е н т р о х и-
11
1
ические источники тока,или
гальванические
элементы (см.
ст . «Электромагнитное поле)>) . Без этих источ­
ников невозможно себе представить ни разви­
тия предста влений об электрома гнетизме , ни
создания основ электротехники, ни да же появ­
ления первых электромагнитных двигателей и

генераторов . Зарождение электроэнергетики не­
разрывно связано с электрохимическими источ­
никами тока и электрохимическ ими реакция­
ми, с превращением химической энергии в элек­
трическую.
ЗJIЕRТРОХИМИЯ в coв1•EitlEHHOli
НАУ КЕ И ТЕХНИКЕ
Во второй половине Х IX в. электрохимиче­
с1ше источн ики тока уступили место электромаг­
ю1тным генераторам, оказавшимся более удоб­
ными дл я производства электроэнергии в боль­
ших ма сштабах . Но сама электрохимия про­
должала развиваться. Появились бол ьшие элек­
трохимические производства . С помощью элект­
ролиза стали получать не только водород и
ннслород, хлор и щелочи, но и такие металлы ,
как магний и алюминий, занима ющие почет­
ное место во многих отраслях современной тех­
н и ки. Техн ика начала требовать материалы
высокой чистоты , а электрохимические методы­
растворение и оса ждение - помогли получить
чистую медь и другие чистые металлы.
Сущест кует электрохимический процесс, который приносит
чело кечест ву миллиардные убытки . Это процесс коррозии ме­
таллов .
БОЛЬШАЯ ЗАДАЧА ЭЛЕКТРОХИМИИ
Заметим попутно , что электрохимические
реакции не в сегда приносят пол ьзу. Есть элект­
рохимичес кий процесс , который приносит чело­
вечеству неисчислимые убытки. Это коррозия
металлов , уносяща я каждый год десятую долю
всего выnлавл яемого железа . Перед лицом
такого бедс твия электрохим икам приходится
изобретать средства не только дл я уск орения
электр охимичес.ких реакций, но и для их
замедления.
Электрохимические методы помогают хими­
кам обнаруживать при анализе различные веще­
ства . С помощью особого прибора - полярографа
можно осаждать на поверхности ртутной ка пли
малейшие количества вещества из раствора
и регистрировать их . Существуют электро­
химические приборы, 1\ Оторые ула вливают
и регистрируют звуковые колебания, изме ­
ряют давление , уснорение , вибрации и разно­
обра зные другие физические величины .
Электр охимические реакции хороши тем ,
что их скорость можно регулировать довол ьно
простыми способами. Это очень важно , когда
имеешь дело с нескол ькими реакциями одно­
временно . Замедл яя одн и реакции и ускоряя
другие , можно направить общее течение процес­
сов в желаемое русло, т. е. управлять процес­
сами . Поэтому одним из важнейших разделов
электрохимической теории, нача вшей по-на сто­
ящему развиваться в 30 -х годах нынешнего
столетия, стало учение о скорости электрохи­
мических реакций, или электрохими­
ческаякинетика.Исследованиеоснов­
ных законов электрохимической кинетики по­
зволило усовершенствовать важнейшие электро­
химические процессы , в том числе и те , кото­
рые был и присущи первым источникам тока -
гал ьваническим элементам.
ЗНЕРГЕТИКА БОJIЬШАЯ И MAJIAЯ
Электрохимичее'l\ие источники тока к концу
прошлого века почти полностью потеряли свое
значение как источники электро энергии . Они
не могли конкурировать с промышленными
электростанциями . И все же ученые вынуждены
были вернуться к ним и заняться их изучением
и совершенствованием. Этого требовала жизн ь.
Переносной радиоаппаратуре требовались авто­
номные (не связанные с электрической сетью)
источники питания, надежные и удобные . В та­
ких источниках испытыва ют нужду и средства
транспорта - самолеты , автомобили, а те пер ь
и космические корабли. За последние тридцать
407·

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
лет для этих целей созданы десятки типов га ль­
ванических элементов и аккумул яторов, доста­
точно мощных и энер гоемких .
Но как бы ни были совершенны га львани­
ческие элементы и акнумуляторы , есл.и можно
воспол ьзоваться электроэнергией от сети, кон­
курировать с электрогенераторами они не в си­
лах. Поэтому наметилось совершенно четное
де ление способов выработки и потребления энер­
гии: в «большой энер гетике» электричесная
:энергия вырабатывается на электростанциях
и ра спредел яется по сетям к потребителю,
в «малой :энергетике)> пр име няют автономные ,
ма логабаритные, но и относительно маломощ­
ные источники электроэнергии для питания
аппа ратуры, которая не может бы ть присоеди­
нена к электр осети .
И в той и в другой области электроэнергию
пол уча ют за сч ет химической энергии окисл,е ­
ния топлива. В электрохим ических источниках
тока превращение происходит прямо и непо­
средственно, с бол ьшим к. п. д. Тепловым стан­
циям, как мы уже убедились; свойственно много ­
ступенчатое превращение энергии, и к. п. д .
там невысок . Создается парадоксальное поло­
жение : . энергетина отдает пред почтение не
простому и выгодному электрохимическому ме­
тоду, а сложному и не эффективному много­
ступенчатому превращению .
Парадокс этот вы зван прежде всего эконо­
мическими сообра жениями . В котел ьн.ых теп­
ловых электростанций сжига ют дешевое при­
родное топливо ; в электрохимических же .и сточ­
никах тока изда вна испол ьзовали такие экзо,
тические (с экономической точни зрения) виды
«топливэ.», как цинк, магний, свинец или в луч­
шем случае железо. Ясно, что никакой н. п. д.
не окупит расходы на такое «топливо)>. Кроме
того , теплова я энергетика пользуется даровым
окислителем - кислор одом воздуха , а электро­
химические источники тока требуют в,качестве
окислите.'lей все ту же «экзотику)> , например
двуокись марганца , а иногда даже окись
серебра .
Вторым существенным недоста тном электро­
химических элементов была прерывистость их
действия. В элемент заложен определенный
запас антивных материалов («топлива>> и окис­
лител я) , рассч итанный на выработку ка �юго­
то количества электрической энергии . Запас
израсходо ван , и элемент надо заменять другим
или перезаряжать. Тепловая же машина рабо­
тает непрерывно , топливо и окислител ь подво­
дят к ней без перебоев.
Как же преодолеть эти противоречия? Оче-
408
видно , надо подумать над тем , как пр именить
элентр охимический: метод к обычному топливу
и как сделать процесс непрерывным . Если бы
все это удалось, расход топлива на производ­
ство электроэнергии сократился бы в полтора,
атоивдвараза.
ТОПЛИВНЫЕ алЕМЕНТЫ
Вот уже почти столетие ученые многих стран
ищут п ути прямого преобразования химиче­
ской энергии дешевого топлива в электриче­
скую . Создать топливные элементы оказалось
чрезвычайно трудно. Во- первых, обычное топ­
ливо так медленно подда валось электрохими­
ческому окислению , что о мало-мальски прием­
лемой мощности не могло быть и речи. Во-вто­
рых, топливные элементы были чрезвычайно
недолговечными. Их свойства бы стро ухудша­
лись, электричесние ха рантеристики падали,
и элементы теряли всякую работоспосо бность.
До середины тенущего столетия пр обл ема созда­
ния наде жных и эффективных топливных эле­
ментов многим казалась почти неразрешимой и
бесперспективной.
Но энтузиа сты-исследователи пр одолжали
развивать теоретические основы электрохимии ,
они искали новые материалы и новые катали­
заторы , и их исследования увенчались успехом.
Тепер ь они говорят с полной уверенностью :
проблема будет решена и решена сравнительно
скоро. Об этом свидетел ьствуют новые обра з­
цы топливных элементов .
Как же они устр оены?
Топливный элемент существенно отлича.ется
от обычного гальванического �лемента старого
типа . Топливо и окислител ь, нео бходимые для
электр охими11еской реакции , не закладываются
в него заранее , а .непрерьlвно подводятся к нему
в процессе- работы . Дл я удо бства подвода ном­
понентов Желательно, чтобы они были в газо­
обр азном или ·жицк ом состоянии . От тепловой
:машины топливный элемент · отличается тем,
что окисление происходит в нем не .химическпм
путем (путем горения) , а электрохимическим.
При обычном химическом окислении эл ек­
троны с мощщул топшш а переходят на чаGтицы
окислител я. Если бы этот перех.од был упорядо­
чен , т. е . совершался преимущеотвещю в одном
направлении, мы получили бы электричесний
ток . Но в пл амени частицы топлива и окисли­
теля перемешаны и электронный пер еход совер­
шается хаотично , во всех направлениях. Энер­
гия процесса рассеивается в виде тепла.

Смысл электрохимического окисления как
раз и заключается в упорядочении электронных
переходов. Для Эi'ОГО прежде всего необхо­
димо разделить частицы топлива и окислителя.
Топливо и окислител ь подводятся к электро­
дам , на которых возможны электрохимиче­
ские реакции выделения и присоединения
электронов . Рассмотр им в качестве примера
простейшую электрохимическую реакцию окис­
ления водорода кислородом. Водород подводится
к электроду , выбранному так, чтобы на нем
могла протекать реакция окисления водорода
с образованием водородных ионов и электронов:
Н2 _, 2н++2е.
Другой электрод выбирается таким образом ,
чтобы на нем п ода ваемый кислород мог вос­
становиться в в оду:
--} 02 + 2н++ 2е ->Н20.
Если соединить электроды металлическим про­
водником (эл ектрической цепью) , то реакции
на обоих электрода х все в ремя будут протекать
слева направо . Образующиеся на пер вом элек­
тр оде эл ектроны по внешней цепи переходят
н а второй эл ектрод - по цепи течет электри­
ческий ток , соверша ющий электрическую рабо­
ту . Электрическа я цепь замыкается эл ектроли­
том , в котором образующиеся ионы водорода
также переносятся ко втор ому электроду .
Нео бходима я дл я эл ектрической работы
энергия получается за счет энергии химиче­
ского пр оцесса . Сумма рной химической реак­
цией, протека юще й на обоих электр одах, яв­
ляется реакция образования воды :
1
Н2+2О2 _, нр.
Сложность созд ания топливных Элементов
заключается в подборе электродов (и электро­
л ита) , которые были бы достаточно активны.
Для увеличения скорости электрохимических
реакций, Rак и дл я реакций химических , часто
используюткатализаторы. :Катализа­
торы находятся на поверхности или в порах
электродов ; чтобы они не тер яли свою актив­
ность и служили как можно до льше, химики
подвер гают их специальной обработке .
ВОДОРОДНО-RИСJIОРОДНЫii
�JIEMEHT
На цветной та блице (стр . 412) предста влена
схема простейшего водородно-кислородного
элемента . Основа элемента - два электрода ,
БОЛЬШАЯ ЗАДАЧА ЭЛЕКТРОХИМИИ
на которых происходят электрохимические
реакции ионизации газов . Электроды имеют
вид тонких пористых дис1<ов , получаемых прес­
сованием и спеканием металлических порошков,
чаще всего никелевого по рошка . В электрод (либо
в пр оцессе изготовления, либо потом) введен
катализатор . Электроды укрепляют в ячейке
та к, чтобы с одной стор оны они соприкасались
с раствором электрол ита . :Края эл ектродов
тща тельно герметизированы .
Через обратную сторону к электрода м пода­
ются газы : к одному-водород, к другому -кис­
лород. Газы нагнетают под слегка повышен­
ным давлением , так что они частично вытес­
няют электролит из пор электродов . Таким
образом внутри пористого электрода созда ются
участки контакта трех тел-твердого электрода ,
жидRого электролита и газообразного реагента
(водорода или кислорода) . Вблизи этих та к
называемых трехфа зных границ раздела и
происходит токообразующа :я электрохимическа я
реакция. От электродов ток с помощью специ­
альных токоотводов отводится во внешнюю
цепь.
В качестве электролита в водородно-кисло­
родных элементах обычно примен яют сорока­
процентный раствор щелочи :КОН . Ра бочая
температура поддер живается равной 70 -100°Ц.
Если внешн яя цепь разомкнута , то эл ектро­
ны, естественно, не могут перейти с одного элек­
трода на другой: после выделения некоторого
количества электронов на водородном электроде
и поглощения некоторого количества электр о­
нов на кислородном процесс прекращается.
Между электр ода ми )'станавливается разность
потенциалов , называемая электродвижуще й
силой (э. д. с.) или напряжением разо:мкну­
ТGГО элемента . Дл я водородно-кислородных
элементов напряжение при разомкнутой цепи
равно 1,0-1 ,1 в, причем более отрицател ьным
является водородный электр од (на нем электро­
ны выделяются и частично накапливаются) .
Замкнем внешнюю цепь, подключив к ней,
напр имер , лампочку. Через цепь по йдет то к.
Возобновившиеся реаRции ионизации га зов
поддержат его . Но во время прохожден ия то ка
напряжение элемента несколько снизится; чем
больше ,будет ток , тем ниже напряжение . Прак­
тически допускают сн ижение напряжения до
О,7 в. Ток , при котором это напряжение дости­
гается, считается максимальным разрядным
током данного элемента .
Величина максимального разрядного тока
элемента зависит прежде всего от велич ины
поверхнос7и электродов и от их каталитической
4-09

ПРЕВРАЩЕНИ Я ВЕЩЕСТВА
аl\т11вности . Для сравнения элементов разных
размеров очень уд обно рассч итать величину
плотности элентрического тока , т. е. то1>а , сни­
маемого с един ицы поверхности электродов.
Для водородно-ю1сл ородных элементов в зави­
симости от катализаторов и условий работы
111 аl\симальна я плотность тока может коле­
баться от 5U до 500 (и более) миллиампе р
на нвадратный сантиметр поверхности элек­
тр ода . Таю1м образом, при испол ьзовании элек­
тродов с поверхностью в нескол ько нвадрат -
Бnт&JМ>R водородно - кислородных элементов . М ощность ее
5 ·к от . Д>1аметр каждого :1лектрода 250 мм.
н ых дециметров можно получить разрядные
токи в 3U -1UU а.
Для пра ктичесного 11спользования элект­
рической энер гии требуется, нак правило , сра­
внительно высокое напр яжение . Автомобиль­
ная аппа ратура работает пр и напряжении в 12 в ,
самолетная - в 28 в. Чтобы получить тание
напряжения, несколько элементо в соединяют
последовател ьно в батарею. На рисунке пока зан
общий вид батареи, состоящей из 40 последо­
вател ьно юш юченных элементов . Она может
дать разрядн ый тон до 200 а при напряжении
28 в. Обща я эл ектр ическа я мощность, разви­
ваема я батареей , превышает, таким образом,
5 квт.
ВЫСОКОТЕ1'1 ПЕРАТ�тРНЫЕ
TOIIJIHBHЬIE �.ЛЕl\IЕНТЫ
Электрохимическое окисление топлива не
все гда проте1<ает гладко . Таю1е распространен­
ные и дешевые виды топлива , как генератор­
ный С О илп природный газ С Н4 , реа гируют на
эл ектрода х значител ьно хуже , чем: водород.
410
Даже самые активные натализаторы лишь
в незначительной степени ускор яют эти реак­
ции . А мала я скорость реа кции означает ма­
лую величину плотности тока и, следо вател ьн о,
малую мощность.
Возможност ь дл я проведен ия этих реанций
с достаточной с1>оростью дает использование
высоних темпер атур , напр имер 5U0 ° или даже
1000° Ц. Но тут возникает нова я трудн ость:
при высоких температурах. вода испа р яется
мгновенно , водный раствор элентролита оказы­
вается неподходящим .
Элентролита11111 могут служить либо рас­
пл авы солей (на пр11111 ер , смесь углекислых солей
натрия, налия и лития, плав яща яся при тем­
пературе чуть ниже 5UU 0 Ц) , либо твердые
электрол иты .
Та�шм твердым эл ентролитом может быть,
па пр имер , двуою1сь цир�>ония Zr02 , содержащая
некоторые примеси . При температурах около
800-1000 ° Ц бла года ря подвижности отри­
цательных ионов кисл орода 0-
2
она начинает
хорошо проводить электричес1шй то1< (катио­
ны zгн не перемещаются и ток не переносят) .
Наличие та кой «кислородной)> проводимости
влияет на характер элентрохимичесних реак­
ций, протека ющих на электрода х. Если постро­
ить элемент описанного выше ти па - вместо
раствора КОН взять в качестве электрол ита
Zr02 -и подводить н одному электроду окись
углерода , а ко второму ю1 сл ород, то при тем­
пер атурах около 1000° Ц молекулы кислород­
ного электрода станут принимать электроны
из внешней цепи , превраща ясь в отр ица тель­
ные ионы :
02+4е -> 20-2,
а молекулы С О топливного электрода соеди­
няются с ионами 0- 2
из твердого электролита ,
образуя углекислый га з п отда вая электроны
во внешнюю цепь:
2СО + 20-2
_, 2СО2+4е.
Эле1>трический ток во внешне й ц епи: обус­
ловлен переходом электронов от отр ицател ь­
ного (топливного) элентрода 1< положител ьному
(кислородному) электроду ; этот ток номпен­
сируется движением ионов 0-2 в твердом элент­
ролите в обратном направлении.
Такие высокоте:мпер а турные топливные эле­
менты , пита емые генераторным газом и кисло­
родом, могут работать при плотностях тока 50-
15U .ма/с.м
2
, выдавая напряжение около 0,5 в
на элемент.

ТОПЛИВНЫЕ
�ЛЕ1'1ЕНТЫ ДАЮТ ТОК
Топливные элементы вы­
ходят из лабораторий , но
предстоит большая работа по
их усовершенствованию, по­
вышению их стабильности и
упрощению технологии их
изготовления. Но уже мож­
но сказать , что вопрос непо­
средственного преобразова­
ния химической энергии топ­
лива в эл ентричес1\ ую прин,
ципиально решен, и в недале­
ком будущем ра злич ные ти­
пы топливных элементов най­
дут шир01<ое применение в на­
родном хозяйстве.
Конечно , заманчивее все­
го было бы создать на базе
топливных э.'lементов боль­
шие элеl\тростанции , выра­
батывающие элентрическую
энер гию из природно го топ­
лива или продуl\тов его пере­
работки.
Основой
таки х
электростан ций я вятся высо­
нотемпературные топливные
элементы с расплавленным
или твердым электролитом.
Топливом для элементов по­
ел ужит либо природный газ ,
.Тi ибо генераторный газ , по­
лучающийея при газифика­
ции твердо го топлива. Твер­
дое топливо при температ уре
около 700°Ц обрабатывают
углекислым газом, в резуль­
тате чего образуется окись
углерода. Окись углерода
пост упит в топливный эле­
мент , где охислитс я в угле­
хислый газ :
2СО+02-+2СО2•
Электростанция будет со­
етоять из большого ноличе­
ства совершенно одинановых
элемент ов , что значительно
упростит ее стро ительство.
На станции почти совсем не
будет движущихся и враща­
ющихся механизмов . Посто­
янный ток , вырабатываемы й
топливными элементами , по-
БОЛЬШАЯ ЗАДАЧА ЭЛ�КТРОХИМИИ
Газоr енератор
Возду х
'Iопл ино для работы высокотемпературного то11л11вного алемента вырабатынается в
газогенераторе.
промышленно�:
:.
Электростанция будущего работает на продуктах под земной газпфи ка ции.
СО:з
газ
411

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Аnтомобшш с :электр11ческ11м11 двигателями, ш1таемыми от
тошшкиых :элсмеитu 11, не будут отра11лять воздух городов
вредными выхлопиы м11 газа ми.
ступит н мощным полупроводнинам преобра­
зовател я, вырабатывающим почти без потер ь
переменный тон промышленной частоты:
Трудно сна зать, сколько потребуется вре­
мени для осуществления этого, но несом­
ненно, что когда-нибуд ь невыгодный процесс
химического сжигания топлива будет заменен
электрохимическим «холодным горением» .
Топливные элементы найдут применение
также в малой энергетике , и при этом раньше,
чем в большой. В сельских районах перестанут
стучать многоч исленные «дизел ю>, уступив свое
место бесшумным электрохимическим установ­
кам.
Очень интересна перспектива применения
топливных элементов в автомобилях . Автомо­
били с электрическими двигател ями, питаемыми
от тодливных элементов, не будут отравлять
воздух городов вредными выхлопными га зами .
Создание разл ичных топливных элементов
электрохимия считает одной из своих важней­
ших задач . Ее успешное решение способно
преобразить многие отрасли техни:ки.
•
ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ МЕЖДУ ТЕЛАМИ
MO.JIEKY.JIЫ-llOГPАНИЧНИRИ
Свойства всех веществ зависят от соста ва
и с троения их молекул . Свойства тел , для кото­
рых вещество служит как бы сырьем, кроме
того, зависят и от расположения молекул, от
расстояний между ними, а следо�ател ьно , и от
их взаимодействия - молекулярного сцепле­
ния . в одних тел ах молеиулы находятся друг
о т друга далеко , а в других _,_ совсем рядом,
и мы различаем в одном случае газы, а в дру­
гом - жидкости и твердые тела т кристаллы .
Во. всех телах моленулы находятся в бес­
порядочном тепловом движении, .которое зами­
рает лишь при температуре абсолютного нуля­
на 273 °Ц ниже точки плавления льда . В газах
(парах) молеnулы беспорядочно движутся по
прямым , сталкиваясь друг с другом ил и со
стенками сосуда , в жидкостях - ползают, .как
пчелы в рое, а в .кристаллах- беспорядочно
.колеблются вокруг узлов решепш - правилЬ- ,
ной пространственной сетки, лишь иногда пере­
мещаясь на короткие расстоя ния.
Тепловое движение приводит :к диффузии,
к выравниванию .концентрации частиче.к веще­
ства , т, е. их числа в .каждой единице объема
тела . Чем выше температура , тем быстрее диф-
412
фузия. В жидкостях диффузия идет медленнее ,
чем в газах, а в твердых телах при комнатной
температуре она почти незаметна .
Неправильно считать, что молекулы , зани­
мающие весь объем тела , в равной мере опреде­
ляют его свойства . Особенно важную роль,
прежде всего при вза имодействии соприкасаю­
щихся тел или тела и окружающей его среды ,
играютмолекулы-пограничн11ки.
Они занимают поверхности раздела или, вернее,
тоню1е.поверхностные слоинагра­
ницах тел . Молекулы в этих слоях ведут
себя иначе , чем в объеме каждого тела .
От особых свойств поверхностных слоев
зависят все виды молекулярного вза имодей­
ствия тел : прилипание , сваривание , паяние ,
склеивание , трение . Даже разрушение твердо го
тела , т. е. преодоление молекулярного сцепле­
ния внешними силами, надо рассматривать как
обра зование новых поверхностей - явление ,
обратное свариванию двух куск9в тела . Свой­
ствами поверхностных слоев определяются и та­
кие процессы , как растворение и кристаллиза ­
ция, испарение и конденсация пара , .коррозия,
или химическое растворение твердых тел (ме­
таллов) о.кружающей средой, разрушение гор­
ных пород и почв - их эрозия.

ЭЛЕМЕНТ
АККУМУЛЯТОР
КАТОД
АНОДНЫЕ
КАТОДНЫЕ
(Zn)
ПЛАСТИНЫ
ПЛАСТИНЫ
(РЬО2)
(РЬ)
I
ПОРИСТА
·ЭЛЕКТРОЛИТ
ЭЛЕКТРОЛИТ
ПЕРЕГОРОДКА
(H2S04)
Zп + CuS04 ZnS04 + Cu
ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
ш
D:
(.)
.а
t-
D:
::z:
:
ш
�
::s:
:
о.
.
i:
::
::
о
::
:.:
:
о
о.
.
::s:
:
3
t-
)!\
�а.а
:о
t-
::z:
:
ш
�
ш
r:
:;
;
(1)
ш
:о
::z:
:
ID
::s:
:
r:
:;
;
i:
::
::
о
..
..
Э.1ектрохи,,.ические источники тока и топливный мемент: 1 - схема работы гальванических мементов и аккумулято­
ров; 11 - схе"а работы водородно-кислородного топливного мемента; 111 - топливные мементы будут широко применяться
ва траиспоvrе бу"ущеrо.

ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ МЕЖДУ ТЕЛАМИ
Если твердое те ло размолоть в мельчайшие
пылинки, поверхность каждой единицы его
объема увеличится в десятки тысяч раз. При
этом возрастет и химическая активность. Свой­
ства таких дисперсных тел станут целиком
определяться свойствами их поверхностного
слоя.
Каждая молекула в объеме любого тела
связана со сво ими соседями, равномерно окру­
жающими ее со всех сторон. Иное дело моле­
кулы-пограничники: со стороны объема жид­
кости или твердого тела у них такие же соседи,
так же плотно расположенные, а извне либо
их очень мало, если тело граничит с газом
(собственным паром), либо это чужие молекулы,
принадлежащие другому телу. По этому молекулы­
погран ичники всегда обладают свободными свя­
зями - избытком свободной энергии, они анти­
вированы - вооружены избытком энергии.
ПОВЕРХНОСТНАЯ �НЕРГИЯ
Попробуем увеличить поверхность
сохранив его объем. Растянем, например,
ку жидкости. Упругое растяжение, как
тела,
плен­
у ре-
зины, не произойдет, расстояние между моле­
кулами не увеличится. Просто все новые и но­
вые молекулы будут переходить из объема
жид кости на ее п.оверхность, образуя поверх­
ностный слой толщиной в молекулу - м о н о­
молекулярный слой.
Представим себе молекулы плотно упако­
ванными в поверхностном слое в виде одина­
ковых кубиков. Размер молекулы, т. е . ребро
к,убика • (Ь), составляет около 3-5 ангстрем
(А). 1А =10-s см. Следовательно, площадь,
занятая молекулой (Ь 2), равна 10-25 А�, а
1
число мо лекул на 1см2 слоя (п1 = ьz) - около 101
6•
На каждую молекулу слоя действует сила f ,
направленная внутрь жидкости, и, чтобы выве­
сти молекулу на поверхность, надо затратить
работу, приблизительно равную произведению
силы f на путь Ь. Работа образования 1 с,ч2
Taб..
.i
utta к �m.a.m.ъe ((За.мечаm.елъные .1
1
вления
1ia �ранице .ме:нсду m.eo1
1
aмu))
1. В аквариуме плавает гусь. Гидрофобная обо­
лочка перьев не смачивается, и вода не проник11-
ет в оперение, образуется воздушная подушка,
на которой птица плавает, лишь немного погру­
зившнсь в воду. Добавим в аквариум немного актив­
ного смачивателя, совершенно безвредного для
птицы. Гусь почувствовал; себя необычно - его
оперение намокает, он отяжелел, он тонет!
2. Схема флотационной машины. Справа показан
пузырек воздуха, выносящий прилипшие к нему
частицы ценного минерала.
поверхностного слоя, или поверхност·
ное натяжение, выразится так:
f
а=fЬn1=-Ь-
•
(1)
Эта величина определяет избыток с в о бод­
ной энергии,сосредоточеннойвнаждом
квадратном сантиметре слоя на границе двух
любых тел. Эта энергия называется свободной,
потому что ее можно использовать для со.верше­
ния механической работы ; подобную же энер­
гию приобретает груз, поднятый на определен­
ную высоту.
Так активируются молекулы-пограничники.
Поверхностное натяжение иначе можно назвать
удельной свободной поверхностной энергией.
Его можно рассматривать как энергию акти­
вации всех п1 молекул в 1 см2 слоя. На одну
а
молекулу эта энергия составляет - = f Ь=аЬ2•
n1
Если поверхность тела S см2, то свободная по-
верхностная энергия равна aS. У дисперсных
тел с очень сильно развитой поверхностью
эта энергия может быть очень велика.
Сравним измеренные значения а в эрг/см2
при 20° Ц на поверхностях раздела не1юторых
жидкостей с собственным паром. У углеводоро­
да гептана с7н16 а =20, у воды а =73, у ртути
а = 480. Для большинства металлов а вблизи
точки плавления лежит между 500 и 2000эрг/см2.
У малолетучих тел поверхностное натяжение на
границе с воздухом характеризует молекуляр­
ные силы сцепления. Из уравнения (1) f = аЬ,
считая а =500 эрг/с�2, а Ь =4· 10-8 см, находим
f =2 .10-5 дин. Эта сила очень мала - она соот­
ветствует весу двух стотысячных долей милли­
грамма! Но помножьте ее на все п1 моленул, и вы
получите идеальную, т. е. наибольшую, прочность
твердого тела на разрыв:
f
Рт=! n1 = Б2" �1010 дин/см2•
Стержень из такого материала сечением 1 см2
выдержит вес 10 т!
КАПЛИ НА ПОВЕРХНОСТИ.
СМАЧИВАНИЕ. ФОРМА ЖИДКИХ ТЕЛ
Если каплю жидкости поместить на глад­
кую сухую поверхность, например на стеклян­
ную пластинку, то она либо полностью расте­
чется, покрыв пластинку пленкой, либо оста­
нется на месте. В первом случае произойдет
полное сма :ч и вани е: силы сцепления жид­
кости с твердым телом на их общей границе ,
т. е. силы прилипания, превысят сцепление
молекул самой жидкости; во втор ом - силы
413

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
прил ипан ия окажутся меньше сил сцепления
молекул жидкости и капл я не растечется в плен­
ну, полного смач иван ия не будет. Капля оста­
нется сидеть на пластинке, образуя с ней крае­
вой угол ; чем он больше, тем хуже смачивание.
Есл и краевой угол тупой, ка�< на пример у рту­
ти на стекле или у воды на парафине, капля
свободно бегает по пластинке, не оставляя на
ней следа. Поверхность, образующую тупой
краевой угол с каплей воды, называют г и д­
рофобной (впереводесгреческого-нена­
видящий воду) или водоотталкивающей. Строго
говоря, это неправильно, так как сама вода
не отталнивается, а притягивается н любым
поверхностям, но силы прилипания н гидро­
фобным поверхностям так малы, что не могут
преодолеть силы сцепления между молекулами
воды в напле.
Чем больше поверхностное натяжение жид­
кости на границе с ее паром, тем хуже она сма­
чивает твердую поверхность. Углеводородные
жидкости - нефть и мИнеральные масла -
с а =20-30 смачивают все сухие твердые
поверхности, вода ( а =73) не смачивает жир­
ные (гидрофобные) поверхности, а ртуть
(а ,=480) не смачивает все обычные поверхности.
Чем сильнее молекулярное взаимодействие
жидкости с наким-J1ибо телом, чем она сильнее
прили пает к нему, тем лучше она его и смачи­
вает. Оттого-то ртуть и другие жидкие (рас­
плавленные) металлы пренрасно смачивают ме­
та лл, очищенный от онисла, но не смачивают
ни стекло, ни поверхность твердых металлов,
покрытую на воздухе ок исленной пленкой. Этим
свойством широно пользуются при паянии и
лужени и; перед тем нак сварить или спаять
металлы, их очищают от онислов. В отл ичие
отгидрофобныхгидрофильныеповерх­
ности (по-гречески - любящие воду) хорошо
смачиваются водой. С поверхностями кварца и
силикатных стекол вода вступает даже в хи­
мичесное соединение, образуя слои гидрата
двуою1си нремния - кремневой кислоты.
Как выд�- nать 11ы.1ьные пуаыри?
.414
Растворите в 100 l теплой диетил­
лированиой или долго кипевшей воды
2 ' тоm<о наструганного сухого дет­
ского мы.1а и 10 • '!Ис того глицерина.
После охлаждения к раствору добав.ь ­
те понемногу крепкого нашатырного
спирта, пока раствор не станет про­
зрачным и ие будет сильно пахн уть
аммиаком. Затем небольшую стек-
Сами по себе, или, кан говорят, самопроиз­
вольно, происходят те процессы, при ноторых
уменьшается свободная энергия. Именно по­
этому самопроизвольно, под действием молену­
лярных сил, напля жидкости принимает форму
шара: поверхность ее становится наименьшей
при постоянном объеме. Это легно заметить,
наблюдая за маленькими капл ями воды на несма­
чивае:мой поверхности парафина или за ка
.
плям и
ртути на стекле. У крупных капель форма шара
искажается силой тяжести, но если большую
наплю масла поместить в не смешивающуюся
с ним жидность равной плотности, например в
смесь воды со спиртом, она по занону Архимеда
станет невесомой,. тогда капля примет форму ша­
ра (рис. 1). Это и есть собственная форма жидких
тел ; она легко возникает, но так же легко иска­
жается под действием внешних сил.
Сопринасаясь, напельки сливаются в одну
большую каплю, что тоже вызвано уменьше­
нием свободной поверхностной энергии -
уменьшением поверхности при постоянстве
объема. Число молекул-погран ичнинов при
этом всегда уменьшается ; они возвращаются
в объем жидкости.
АДСОР БЦllЯ
Поверхностный слой может улавливать из
онружающей среды та ние молекулы, ноторые
способны «насытить» свободные силы сцепления
моленул-пограничнинов. Эти силы связывают
моленулы слоя с уловленными молекулами.
При этом поверхностная энергия уменьшается
без изменен ия поверхности. Таной процесс
называется
адсорбцией, а вещества,
молекулы ноторых связываются с поверхно­
стью, - пов ерхно стно-а кти в н ы ми
веществами.
Адсорбцию используют для очистки газов
и жидностей от примесей и вредных веществ,
для извлечения из растворов ценных. продун-
лянную вороночку , к которой присое­
динена резиновая трубочка , погрузите
раструбом в мыльный раствор. Круп­
ные пузыри хоро шо выдувать на блюд­
це с раствором, смочив им края блюд­
ца. Выдувая пузы рь , понаблюдайте ,
как с уменьшением толщины пленки
на ней играют все более и более яркие
интерференц ионные ц вета.

ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ЯВ ЛЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ МЕЖДУ ТЕЛАМИ
Рис. t . Если большую каплю масла поместить в не смеши­
вающуюся с ним жидкость равной плотности, например смесь
воды со спиртом, то по закону Архимеда капля масла станет
невесомой. Такая капля принимает форму шара. Отдел ьные
капельки масла сл иваются в одну большую.
тов, например соединений редких металлов.
Вещества улавливаются на поверхности адсор­
бентов - тонкопористых тел,
пронизанных
мельчайшими открытыми каналами. Таковы
специально приготовленные активные угли, или
силикагели; их получают обезвоживанием студ­
ней кремнекислоты. Поверхность одного грам­
ма таких высокодисперсных адсорбентов до­
стигает 1СОО м2! Адсорбенты применяют и как
катализаторы - ускорители химических реак­
ций. Молекулы веществ, активируясь на поверх­
ности в порах адсорбента, легче реагируют друг
с другом, и скорость реакции повышается во
много раз. Именно так действуют катализаторы
при получении аммиака, серной кислоты и в
других важнейших химических производствах.
Главная роль поверхностно-активных веще­
ств в том, что они сильнейшим образом изме­
няют свойства поверхности тел и условия взаи­
модействия этих тел. Для этого требуется очень
ма ло поверхностно-активного вещества -столь­
ко, чтобы покрыть поверхность адсорбента сло­
ем в одну молекулу. При самой плотной упа­
ковке молекула этого слоя занимает площад�у
в виде квадр атика со стороной около 4,5А.
Следовательно, площадь, занимаемая молеку­
лой, равна (4,5·1О-8)2=20·1О-16см2• Значит, на
104
1 м2 приходится --21-
J
.-1u
-_-
1
6- молекул. Но из-
вестно, что грамм-молекула (моль) любого веще­
ства содержи т 6 -1023 молекул (число Авогадро) ;
таким образом, на 1 м2 приходится около 10-5
мо ля вещества. Если молекулярный вес этого
вещества около 300, то, чтобы покрыть 1 м2
п оверхности моном
.
олекул ярным слоем, потре­
буется около 3 мг поверхностно-активного ве­
щества.
Свойства адсорбционных слоев помогают
нам управлять технологическими процессами :
отмывать загрязнения с любых материалов,
приготовлять устойчивые суспензии и эмуль­
сии или, на оборот, быстро их разрушать, делать
поверхности смачивземыми или, наоборот, не
смачиваемыми водой. Поверхностно-активные
вещества позволили разработать ф л о т а­
цию
-
эффективный метод обогащения
полезных ископаемых, т. е . отделения их ча­
ст1щ от пустой породы. Частицы ценного мине­
рала, сделавшись благодаря тончайшему адсорб­
ционному слою несмачиваемыми, при переме­
шивании в воде прилипают к пузырькам возду­
ха и выносятся ими наверх, в пену, а хорошо
смачиваемые частицы породы остаются в воде
и оседают на дно. Флотационные процессы
помогают добывать свинец, цинк, медь, золото,
платину и все редкие и ценные металлы, обо­
гащать фосфориты, серу, уголь, железную руду,
использовать самые бедные руды, которые пре ­
жде невыгодно было разрабатывать. Во всем
мире на огромных флотационных фабриках
обогащаются ежегодно мил лионы тонн руд­
ных и нерудных ископаемых.
С помощью поверхностно-а ктивных ве ществ
можно делать несмачиваемыми ткани и волокна.
Они остаются пористыми, пропускают пары,
«дышат)>, но не впитывают и не пропускают
воду.
КАК ПОСТРОЕНЫ lUO.JIEKY.JI Ы
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИ ВН ЫХ
ВЕЩЕСТВ
Молекулы поверхностно-активных веществ
состоят из двух частей, связанных химиче­
скими силами, но е противоположными свой­
ствами: ИЗ ГИДрОфИЛЬН ОЙ ПОJIЯрНОЙ группы
(гидроксильной, карбоксильной или амино­
группы) и гидрофобной длинной неполярной
углеводородной цепи. Полярная группа - ис­
точник сил притяжения. 'Углеводородная же
цепь слабо притягивает другие молекулы.
Недаром предельные углеводороды назвали
парафинами (в переводе с латинского - слабое
сродство). Молекулы притягиваются своими
полярными группами к твердым поверхностям,
а углеводор6дные цепи этих молекул торчат
наружу, покрывая их поверхность гидрофоб­
ной пленкой (рис. 2).
Растворите в воде капельку поверхностно­
активного вещества - спирта или жирной кис­
лоты. На воде образуется молекулярный адсор­
бционный слой. Гидрофильные полярные груп­
пы останутся· в воде, углеводородные же цепи
из-за сильного притяжения молекуд воды друг
415

ПРЕВРАЩЕНИЯ В ЕЩЕСТВА
о
#
- 0 -S-OH
'\
о
ИJIИ сульфогруппа
о
#
- S-OH,
'\
о
в которых ион водорода может заме­
щаться ионом натрия или калия:
о
#
-S-0 (Na., К).
'\
о
На месте группы
карбоксильная
кислот�
о
А может встать
группа жирных
Рио. 2. Ориентация молекул поверхностно-активного вещества при адсорб­
ции на твердом теле слева па досхе. Строение мицелл мыла: шарообраз­
ных - r.tipaвa вuuJy, пластинчаты х- - С1'tрава на досхе. Белыми кружками
показаны полярные группы , черными-молекулы воды , крестиками- атомы
#
-С
"'О (Na, К),
поверхности твердого тела.
к другу будут выталкиваться ими на поверх­
ность. Чем длиннее углеводородная цепь, тем
активнее адсорбируется вещество , тем сильнее
оно понижает поверхностное натяжение воды -
у чистой воды с 73 эрг/см2 до 27 эрг/см2;
оно приближается к поверхностному натяже­
нию чистого углеводорода - 20 эрг/см2•
Сам ыми эффективными и универсальными
поверхностно-активными веществами оказы­
ваются моющие (мылообразные)
в е щ е с т в а. Углеводородная цепь их моле­
кул состоит не менее чем из 11 звеньев
ннн
н
111
1
Н-С-С-С- .. . -С-А
111
1
ннн
н
и «уравновешена» сильно гидрофильной поляр­
ной группой А, которая сама по себе резко
повышает растворимость вещества в воде. Та­
кой группой может быть остаток серной кислоты
Может а1
1
и ст&dь па1
1
авать на воде ?
416
Закен Архимеда дает ясный ответ:
сталь тяжелее равного объема воды
почти в 8 раз - она обязательно
должна утонуть , упасть на дно. Одна­
ко потрем сухую иглу между пальца­
ми и осторожно положим ее на поверх ­
ность чистой воды в тарелке. Класть
надо горизонтально. Для этоrо можно
положить иголку сначала на кусочек
где водород замещен щелочным ме-
та ллом (Na , К). Щелочные соли выс­
ших жирных кислот и называются с обств е и­
но мылами.
Мылообразные
вещества
растворимы в воде и обладают высокой
·
по­
верхностной активностью. Образуя адсорб­
ционные слои, они сильно понижают по­
верхностное натяжение воды. Вещества эти
анионактивны, так ка1\ углеводородная цепь -
источник поверхностной активности - входит
у них в состав отрицательного иона - аниона,
а положительным ионом (катионом) служит
ион водорода или щелочного металла. В катион­
активных веществах углеводородная цепь вхо­
дит в состав поверхностно-активного катиона , а
анионом служит, например, ион хлора. Такова
хлористоводородная соль 01\тадециамина
tн-1 -( !J_
1
11
н
нн
17 звеньев
-с ) -N/н -сг·
7
н
�+
..- •
1
""'-
-
н
н
промокашки , а затем 11а воду. Бумаж­
ка промокнет и потонет, а игла будет
плавать. Ее удерживает поверхностное
натяжение воды.
Если подлить в воду концентриро­
ванный раствор смачиватеJ1я, по­
нижающего поверхностное натяжение
воды ,- мыла, нrла вскоре намокнет
11 потонет.

ЗАМЕЧА ТЕЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ МЕЖДУ ТЕЛАМИ
или хлористая соль четырехзамещенного (три­
метил-, гексадецил-) аммония:
[ сн�+
СНз з
СНз �\
С1еНзз
N -CJ-
Поверхностно-активные вещества могут быть
и неионными, тогда они растворяются в воде
в виде молекул. Чтобы они был и подобны
мылу, их полярная группа должна обладать
высокой гидрофильностью. R таким веществаl\1
принадлежат моноалкиловые или алкифеноль­
ные эфиры полиэтиленгликоля. Гидрофильная
группа у них - полимеризованная окись эти­
лена (C2H40)m, где т изменяется от 4 до 20.
или
нн
[ ннj
Н-�-Ь-... -
0-� -Ь
-ОН
11
11
нн
ннт
. ПОЧЕМУ МЫЛА l'tIOIOT
Мылообразные поверхностно-активные ве­
щества образуют в воде коллоидные растворы:
при определенной концентрации несколько де­
сятков молекул или ионов мыла объединяются
в агрегаты - мицеллы (рис. 2). Мицеллы имеют
шарообра<1ную форму с гидрофильной оболоч­
кой из полярных групп и гидрофобным яд­
ром из углеводородных цепей. С ростом кон­
центрации мицеллы становятся пластинчатыми­
прослойки из углеводородных цепей покры­
ты с об1.шх сторон полярными группами. Такие
пластинчатые мицеллы становятся зародышами
кристалликов мыла. Пластинчатые мицеллы
сцеп;Jiяются углеводородными цепями крайних
мол.екул в пространственные сетки-каркасы, и
раствор, 1<ак говорят, структурируется -при­
обретает свойства упругого твердого тела,
напоминающего желе и называемого г е л е м.
Поверхности, покрытые такими мицелляр­
ными адсорбционными слоями в растворах мыл,
всегда хорошо смачиваются водой. Этому по­
могает сильно пониженное понерхноетное натя-
0Z7д.э.т.з
жение воды на границе с воздухом. Именно
поэтому одно и то же вещество может в очень
малой :концентрации делать твердую поверх­
ность гидрофобной, в большой концентрации
давать прямо противоположный результат -
обеспечивать смачивание водой любую гидро­
фобную поверхность (рис. 3).
Но мыла не только смачиватели; они и
сильные стабилизаторы, обеспечивающие устой­
чивость жидких пленок (вспомним зна1>омые
всем мыльные пузыри) - пен, а также всех
дисперсных систем-эмульсий и сус­
п е н з и й. В эмульсиях ме.�кие 1>апельюr
одной жидкости, не смешиваясь, распределяют­
ся в другой жидкости. Под действием поверх­
ностной энергии они при соприкосновении стре­
мятся слиться друг с другоl\1. Подобно
.
этому
сцепляются в агрегаты и частицы твердого
тела, образующие суспензию в жидкой среде.
Стабилизатор же созд�ет· на поверхности капе-
-
Рис. 3
.
Влияние адсорбции мыла на смачивание водой
твердых по верхностей.
лек эмульсии или частиц суспензии гелеобраз­
ный (структурированный) адсорбционный слой,
который препятствует сближению и взаимодей­
ствию частиц.
Нальем в стеклянный сосуд (бутылку) воду
и, встряхивая, будем понемногу добавлять
туда керосин или бензин. Капельки бензина
тотчас же начнут сливаться в крупные напли,
и смесь разделится на два жидких слоя. Теперь
повторим опыт , добавив :к воде 1-5% мыла.
При встряхивании образуется молочно-белая
4:1.7

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Рис. 4.
устойчивая эмульсия, в которой отдельные
капеJiьки, не превышающие сотых долей мил­
Jшметра, защищены от слияния адсорбцион­
ными оболочками мы.JJа.
Водный раствор мыла занимает двадцатую
часть сосуда, но его хватает на эмульгирование
в двадцать раз большего объема бензина. Весь
бензин разобьется на мельчайшие капельки,
плотно прижатые друг к другу, но устойчиво
разделенные тоюшми прослойками мыльного
раствора. Такие концентрированные эмульсии
очень вязки, они напоминают сметану. Кстати,
и сметана , и сшш1.;и, и молоко - это эмульсии
жира в воде, стабилизованные белковым веще­
ством - альбумином.
Попробуем разрезать кончиком стеклянной
палочки слой ртути толщиной 2- 3 мм,
покрывающий дно плоской чашечки
или
блюдца под водой (рис. 4). Такой разрез
сдеJiать нельзя:
он тотчас же <(залечивает­
ся» - смыкается под действием поверхност­
ного натяжения на границе ртуть-вода. Одна­
ко , если к воде добавить один процент сапони­
на - экстракта из мыльного корня, разрез ста­
билизируется структурированными адсорбцион­
ными слоями. Они примут форму, соответству­
ющую минимуму свободной энергии, которую
можно рассчитать математически. Разрез дол-
418
жен кончаться у краев слоя ртути или замы­
каться на себя, образуя кружок - кольцо. В
одной точке могут пересекаться только три
разреза, образуя равные углы в 120°.
Время жизни таких разрезов возрастает
по мере насыщения адсорбционного слоя и харак- ·
теризует стабилизирующую способность данного
поверхностно-активного вещества.
Так почему же мыло моет, почему оно легко
отмывает с любой поверхности грязь - сажу,
масло, нефть? Именно потому, что оно обладает
смачивающей истабилизирую­
щей способностью.Мыло переводит
всю грязь в воду в виде тонкодисперсных сус -
пензий и эмульсий.
Обычное мыло - натриевые соли жирных
:кислот - без труда справляется с грязью
в мягкой воде, в которой нет солей кальция
и магния. В жесткой же воде мыло осаждается
в виде нерастворимых кальциевых и магниевых
мыл , раствор теряет свою моющую способность.
Однако химики создали синтетические мыло­
образные (моющие) вещества, пригодные для
любой воды, даже для морской ; особенно хо­
роши неионные мыла, совершенно устойчивые
к действию солей.
Моющие средства и смачиватели использу­
ются и в быту, и в промышленности; и в сель­
ском 'хозяйстве. Смачиватели применяют в изго­
товлении фотокинопленки, когда прозрачную
полимерную ленту надо равномерно полить
светочувствительным составом высокодисперс­
ной взвесью бромистого серебра на водном раст­
воре желатины. Смачиватель, добавленный в
ванну, где окрашивают волокно и ткань, уско­
ряет процесс и делает окрашивание равномер­
ным. Полное смачивание - необходимое усло­
вие для взаимодействия жидкости с твердым
телом , для проникновения жидкости в тонки е
поры. Поэтому-то все ядохимикаты и герби­
циды, применяемые в сельском хозяйстве,
содержат поверхностно-активные вещества.
Лучше всего действуют такие средства в виде
тонкодисперсных эмульсий или суспензий.
Поверхностно-активные вещества в них служат
и смачивателями и стабилизаторами действую­
щего яда. Порошок ДДТ, например, не сма­
чивается водой, и из него нельзя приготовить
раствор для опрыскивания. Но тот же порошок
с добавкой смачивателя равномерно распреде­
ляется в воде, образуя в ней устойчивую сус­
пензию, прочно прилипающую к поверхности
листвы и вредителей.
Смачиватели несут самую разнообразную
службу. Например, чтобы избавить шахтеров.

ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ МЕЖДУ ТЕЛАМИ
от вредной пыли, в шахтах распыляют воду
с добавкой смачивателя. Пыль улавливается та­
кой водой, и воздух становится чище.
ПЕ НЫ ПОЛЕЗНЫЕ И ВРЕДНЫЕ
Мылообразные вещества вызывают образова­
ние устойчивой обильной пены, в которой плен-
1\И разделяют мелкпе пузырьки воздуха или
другого газа.
Есл и загорится нефть или бензин, пожар
можно потушить только устойчивой пеной.
Ее пол учают, вспенивая водный раствор поверх­
ностно-активного вещества-стабилизатора угле­
кислым газом. Устойчивую пену применяют
и в производстве легких и достаточно прочных
теплоизоляционных
материалов - пенобето­
нов, пенопластиков, пенорезин. В ш1енках
такой пены отвердевает цемент или образуется
полимер, и пена становится твердой. Вспенен­
ный материал в сотни раз легче массивного.
Если кубометр литого пластика весит 1 m,
то кубометр того же пенопласта - всего 10 кг.
Нет нужды доказывать, насколько удобен
и полезен такой материал.
Но, кроме полезных пен, есть и вредные.
Тем, кто готовит пищевые продукты или лекар­
ства, неред1<0 устойчивая пена очень мешает.
Пена может даже затопить цех. Тогда в ход
идут пеногаситеJrп - вещества, понижающие
поверхностное натяжение сильнее, чем вспе­
ниватели. Пеногасите ль, например октш:ювый
спирт, вытесняет из поверхностного слоя адсор­
бированный стабилизатор, но сам структуриро-
ванного слоя образовать не может, и пена раз­
рушается.
На этом основано и химическое деэмульги­
рование - разрушение устойчивых эмульсий
малыми добавками очень активных веществ.
Деэмульгаторы, как и пеногасители, хотя и об­
разуют пены и эмульсии, но очень неустойчи­
вые - они «живут» всего несколько минут.
Нефть, добываемая из недр земли, почти
всегда содержит воду в виде мелких капелек
в устойчиво эмульгированном состоянии. Вода
сильно засолена - часто это насыщенный раст­
вор природных солей, так как соляные ш�асты,
«купола>>, сопровождают нефтяные месторож­
дения. Чтобы не возить и не обрабатывать эту
воду и чтобы она не подвергала коррозии цен­
ную аппаратуру для перегоюш нефти, эмуль­
сию нужно разрушить. Сто граммов деэмуль­
гатора на тонну нефти - и эмульсия расслаи­
вается, в нефти почти не остается воды.
ОТ ПРОllЗВОДСТВА ПОЛИМЕРОВ
ДО КНИ Г ОIIЕЧА ТАНИЯ
Углеводороды практически нерастворимы
в воде, но хорошо растворимы в водном растворе
мыла : они поглощаются ядрами мицелл. Это
явлениеназывается солюбилизацией
ИЛИ
КОЛЛОИДНОЙ раСТВОрИМО­
С т ь ю и играет большую роль в производстве
полимеров. Молекулы мономера - первичного
вещества, из которого получается полпмер, ­
при эмульгировании в. водном растворе мыла
переходят из капелек в ядра мицелл, где идет
Что прочнее - c�·xolt и�'lи в"'lа�кныlt C.J
J
O fi ne�1ta?
Сухой песок сыпуч и бессвязен -
из него ие.льзя формовать детские
(сКуJIИЧИКИ))
или стро ить ДОМllКИ.
Вспоми11м, как трудно пешеход у и.л11
в слос11псд11сту псрсдв11гаться по сухо­
му пр11брсжному песку. Но сто 11т не­
много смочить песок водой , как он
становится пластичным , а вылеплен­
ные 11з него сооружею1я достаточно
прочны м11. По такому песку .легко
ход11ть и езд11ть на ве.лос11педе. Ее.ли
с помощью рюм1ш сформо ват" 11з
илажноrо песка конус , он осып.1ется ,
когда полностью в ы сохнет 11л11 в том
случае , когда он под вод ой. Это пока­
зывает, что вязкость в.11ажного песка
вызвана смачивающими ссмостиками•>­
меннскамн воды , которые стяг11вают
аерна песка. Эт11 же меннск11 стяг11-
вают во.лоск11 шерсти мокрой собаки.
Мост11ки исчезают и при по.лном уда­
.пенни в.лаги , и при запо.лнении водой
всех пустот межд у зернам и.
Иное де.чо с г.л11ной . Ее.ли замешать
ее с водой как густое тесто , ·а потом
выс)·шивать, то, чем меньше в ней
останется воды , тем проч11ее будет
отформо ванное изделие - в т ы сячn
раз прочнее «ку.лича» из в.чажного
песка. Частицы г.лины гораздо мень­
ше, чем зерна песка , и они связаны
непосредственно мо.чеку.лярным сцеп­
.1ением по относ11те.льно б'>льш11м пло­
щадкам прямого сопр11косновения.
Тонкие прос.лойк11 воды то.лько раздви­
гают части цы г.лины и пон11жают
проч11ость структуры .
Прочность грунтов, на которых
строят здания, зависит от содержания
в них песка и г.лины. Этой прочностью
можно управ.пять , изменяя ус.лоа11я
на поверхностях разде.ла во в.лажном
rрунте .
419

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
полимеризация. Образуется латекс - высо:ко­
дисперсная взвесь частиц полимера, Rапоми­
нающая сливки (млечный сок по-латыни-«ла­
те:кс» ). Полимеризация в эмульсиях очень
удобна для изготовления пленочных изделий:
в латекс макают металлический цилиндр, и,
после того :ка:к вода испарится, на нем обр а­
зуется сплошная пленка из слившихся друг
с другом частиц полимера.
Поглощая жид1шй углеводород, :керосин
или гептан, пластинчатые мицеллы мыла раз­
бухают, становятся круглыми и больше не
могут сцепляться в :каркас. Даже :концентри­
рованные растворы мыл - гели.
-
при этом
разжптаются, превращаясь в текучие жид­
кости, их вязкость понижается в сотни тысяч
раз. Та:к можно управлять образова нием про­
странственных структур в дисперсных систе­
мах, -их превращают в твердые тела или в лег­
ко текучие жидкости. С помощью мыл можно
загущать, или, :ка:к говорят в технике, «отвер­
ждаты, жидкое горючее- иеросин, бензин или
спирт. Таким горючим пользуются полярники,
геологи, туристы.
Человечесние потребности разнообразны.
Нам необходимо научиться отмывать грязь,
но не менее важно наносить ее на чистую по­
верхность. Что та:кое печатание :книг и иллю­
страций, кан не нанесение на бумагу устойчи-
вых загрязнений. Процесс печатания можно
рассматривать :кан сложный номплекс тонко
управл.r.емых поверхностных явлений. В лито­
графнп на поверхность г.аадкого камня - изве­
стняка - или металличесную печатную форму
наносят жирной нраской рисунок. l\раска
содержит
поверхностно-антивные вещества
(обычно жирные :ю1слоты). Благодаря им одни
участки формы смачиваются нрасной, но не
смачиваются водоii, а другие после обработ1ш
водным раствором гидрофильного поверхно­
сrно-ю;тивного вещества (крахмала, денстри­
на, поливинилового спирта) во влажном состоя­
нии не воспринимают нраску и становятся «про­
бельными местами». В этом процессе очень важ­
но сделать резкой границу между двумя такими
участками и сохранить ее надолго, чтобы с
одной формы получить много оттиснов.
Поверхностно-а�•тивные
вещества - наши
незаметные и незаменимые друзья. Они помо­
гают нам управлять поверхностными процес­
сами, :которые имеют решающее значение во
взаимодействии различных
тел - твердых,
жидких и Газообразных. Не думайте, что по­
верхностные явления и процессы харантерны
толь:ко для техники, не менее важны они и в
природе. Вот быстро бежит по зер:калу пруда
водомерка - ее лапки не смачиваются водой.
По той же причине прилипает к поверхности
Кок самому ставить опыты с ио11оио"1еку"1ярнь111н с.лоя11н
420
В белую таредку или стекляииую
ванночку , вымытую горячей водой н
розо вым раствором марганцовокислого
калия, нали вают чистую воду так,
чтобы она переливалась через край .
Это обеспечит чистоту поверхности
вод ы, на ней не будет мономолекуляр­
ных слоев активных загрязнен ий.
Затем поверхность воды припудри­
вают тальком н касаются ее поверх­
ност11 стеклянной палочкой , смоченной
в оле иновой кислоте . Слой талька рас­
калывается и уплотняется мономо.1с­
ку.1я риым слоем олеиновой кис.1оты.
Удача опыта и служит проверкой чи­
стоты поверхности .
Второй опыт. На чистую поверх­
ность воды насыпают немного мелких
кристал ликов камфа ры или парато­
луидина , которые тотчас же нач1ша­
ют носиться по поверхности в бе­
шеном танце: поверхностно- активные
молекулы разбегаются , отры ваясь от
самых активных мест кристалликов,
а те испытывают реактивные то"чки
в разных направлениях. Такое ад­
сорбционное движение 11/ОЖНО. сдел ать
и направленным. Из алюминиевой
фольги вы резают подобие ш1оскоli ра­
кеты - реакти вного кораблика с про­
резом в хвосте . Корабли�; п.1а вает на
воде , удерж11ваясь силами поверхно­
стного натяжения (вследствие несма­
•1ивания). Затем п11m1етом в прорез
осто рожно помещается кр11стал,1ик по­
верхностно-а�;т11виого вещества (кам­
фары). Поток молеку.1 вырывается
струйкой 11з прореза , стремясь по­
крыть всю поверхность мономолеку­
лярным слоем . Корабли�; доижется
вцеред под действием реакции струи
н быотро вращается вдоль краев со­
суда. И танец кристадд111юв, 11 движе­
ние кораблика можно тотчас прекра­
тить , коснувw11сь поверхности воды
палочкой , смочснноl1 оо11с11нов ой кис­
лотой . 1:\11сдота гораздо а1<тивнее , 11
ее мономодек)·.1ярный слой равномер­
но покрывает всю поверхность воды ,
быстро вытеснял адсорбц1юнныс с.1011
камфары и.111 друг11х веществ и пон11-
жая еще сильнее поверхностное натя­
жение
Опыт вытеснения адсорбционного
слоя можно сделать еще более эффект­
ным,· нанеся на чистую 1юверхность
воды нескол ько м сльчойw11х кру1111нок
анилинового красителя - криета.1лн­
ческого ф1юлетового .
Поверхностио­
акти вный крас11т<'ль
раетворястел
прежде всего в поверхностном сдое ,
окрашивая его в ф1юдето вый цвет. .
Н11чтожные количества олеиновой к11с­
.1 оты, как говорят х11м11к11 , ее с.1�.;:tы,
не обнаруживаемые и11как11ми метода­
ми , кроме рад11ох11м11 чсского , .исж•д­
.1 снно ВЫТССllЯЮТ е.1ой красИТ('.1Я .
Поверхность ста1нн111тся бесцветной ,
а окрашенн ые слои воды уходят 8
об"ем.
\

ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА Г РАНИЦЕ МЕЖДУ ТЕЛАМИ
воды и не тонет личинка малярийного комара.
Чтобы избавить оирестность от малярии, надо
покрыть пруд тончайшей нефтяной nлениой.
l\апли росы и дождя не смачивают воско­
вую поверхность листьев, а потому не закры­
вают поры, и растения дышат свободно. Силы
смачивания помогают влаге подниматься по
стеблям и стволам растений. Напротив, благо­
даря тому что плазма крови не смачивает стен­
ки самых тонких напиллярных сосудов,
облегчается кровообращение, кровь не свер­
тываетёя. Выпадение осадков, образование и
рассеивание тумана и облаков - все это по­
верхностные явления. Мелкие зародышевые
капельки и нристаJrлики влаги испаряются,
крупные, наоборот, растут за счет конденсации
пара .и слияния друг с другом - идет дождь
или снег. Все это связано с проявлениями
поверхностной энергии.
Но если множество процессов в природе,
в организмах растений и животных вызвано
особыми свойствами поверхностей, то не на­
учится ли человек управлять ими так же, как
сейчас он управляет подобными процессами
в технике. На этот вопрос можно дать утвер­
дительный ответ. Физико-химия поверхнос.т­
ных явлений и дисперсных систем - наука
быстро развивающаяся, и от нее надо ожидать
очень много нового и ценного. Порукой этому
служат необозримые применения ее уже в наши
дни: от обогащения руд до книгопечатания, от
моющих средств до производства полимеров .
n;,'ТЬ R llР ОЧНОСТИ -
Ч ЕРЕЗ РАЗР;,'ШЕНИЕ
Странно звучит, не правда ли? Всем изве­
стно, что прочность - это сопротивление твер­
дого тела разрушению. И все-тани, как это
ни па радоксально, путь к самgй высокой проч­
ности ведет через разрушение твердого тела­
через его превращение в мельчайшие крупинки.
Чтобы понять это удивительное противоречие,
выясним, что такое реальные твердые тела и
чем они отличаются от идеальных. В кристал­
лах расстояния между моленулами, атомами
или ионами в среднем очень малы и правиль­
ные ряды этих частичек образуют простран­
ственную решетку. Такого порядка в располо­
жении молекул нет в жидкостях, хотя и здесь
молекулы расположены очень плотно. Стекла­
вязние жидкости, они прантически не текут
и могут быть прочными и упругим и, как кри­
сталлы, хотя и лишены правильной структуры.
Но беспорядочное тепловое движение моле­
кул образует и в кристаллах, и в стеилах изъя­
ны, или дефектщ,- места с меньшей плотно­
стью «упаковки» молекул и с увеличенными
расстояниями между ними. Тание дефекты плот­
ной: структуры - слабые места с поr_•::fженной
прочностью. Они-то и есть причина того, что
прочность реальных твердых тел в несколько
сот раз ниже, чем прочность идеальных крис­
таллов и стекол. У идеального твердого
тела тот же состав и строение, что и в реальном
теле, но в его правильной или просто плотной
структуре нет слабых мест, изъянов.
Разрушение любого реального твердого те­
ла - процесс постепенного раскрытия сначала
наиболее слабых мест, а затем все менее 11 менее
опасных дефектов. Представим себе, что тело
образовано сеткой переплетенных ста.'lьных
цепей, в которых на каждые сто стальных звень­
ев приходится в среднем по одному бумажному
звену. Ясно, что под нагрузкой в такой кон­
струкции будут разрываться бумажные звенья,
стальные же останутся нетронутыми. В обрыв­
ках се тки будет оставаться все меньше и меньше
бумажных звеньев, наконец останутся только
стальные Такие обрывки цепей из стальиых
звеньев - маленькие осколки твердого тела­
будут очень прочны, в них уже почти совсем
не встретишь изъянов.
Теперь вам понятен парадокс: измельчение
твердого тела - путь к его упрочнению. Легко
сообразить, что крупинки твердого тела станут
особенно прочными, близкими к идеальной,
т. е . наибольшей прочности, когда их размер
приближается к среднему расстоянию между
дефектами в структуре (рис. 5). Современные
методы структурного анализа показывают, что
в среднем один дефект - зародыш разруше­
ния - приходится в твердом теле на неско,1ько
сот нормальных расстояний между центрами
молекул. Это нормальное расстояние равно
нескольким ангстремам - десятимиллионю_.,м
долям миллиметра. Значит, среднее расстояние
между дефектами - десятые доли микрона
(около 10-4 мм). И действительно, тонкое
измельчение твердых тел в обычных мельни­
цах, постепенно замедляясь, прекращается
вовсе, когда размеры крупинок достигают мик­
рона или долей микрона. В таких крупинках
уже почти нет изъянов, они становятся очень
прочными.
Но ведь нам нужны не отдельны.е, пусть
даже сверхпрочные крупинки, а прочное тело
большого размера. Устранив бумажные звенья,
мы должны теперь соединить обрывки сталь-
4'21

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
1/
1.
'/
1/
снова выручают поверх ­
ностно-активные веще­
11
�11
Рис. 5. Чем мельче осколки твердог о
тела, тем они прочнее.
ства, Их добавки облег­
чают разрушение твер­
дого тела, помогают раз­
витию в нем дефектов,
Это явление, называе­
мое адсорбцион­
ным
понижением
прочности, было
открыто и ИССJ!едовано
советскими учеными.
�':, \1
�'\_ \\
�' \··
�,\ \,,.·
пых цепей, т. е. склеить или сварить крупинки
друг с другом. Это можно сделать, например,
связав их тончайшими прослойками другого
мелкокристаллического или стекловидного ма­
териала. Если эти прослойки будут очень тон­
кими, они окажутся упрочненными по тем же
причинам.
Измельчение путем разрушения - не един­
ственный путь к высокой прочности. Самое
главное - получить мелкозернистое (высоко­
дисперсное) твердое тело. А прийти к этому
можно и другим путем. В расплавленном ме­
талле или в другой жидкости, охлажденной
ниже температуры плавления, создают усло-
вия для быстрого образования множества заро-
дышей будущего твердого тела. Затвердевая,
жидкость превращается в прочный сросток
мельчайших беспорядочно
расположенных
кристалликов. Такие же кристаллики ново­
го твердого тела могут образоваться и в
старом теле после термомеханической обра­
ботки, в которой сочетаются нагрев, охлаж­
дение и пластическая деформация. Таким же
путем можно закристаллизовать и стекла. Так
получают с италл ы, в которых мельчай­
шие кристаллики связаны тонкими прослой­
ками твердого, но незакристаллизовавшегося
стекла.
Когда тело разруша­
ется, у него образуются
новые поверхности. Ра­
бота, идущая на их
образование, п есть сво­
бодная
поверхностная
энергия. Возьмите тол­
стую резиновую трубку
и надрежьте ее в нескольких местах поперек
на разную глубину. Растяните трубку. Вы уви­
дите, как в местах надрезов развиваются новые
поверхности (рис. 6). Отпустите трубку, и
надрезы благодаря упругости (эластичности)
•
Но возвратимся к разрушею�ю твердого 1ii
тела, к его превращению в мельчайшие кру-
f.Г
пинки. После того как предел измельчения
-�
достигнут, упрочненные крупинки начинают
сцепляться друг с другом в прочные рыхлые
агрегаты. Дальнейшее разрушение прекра-
щается - идет обратный процесс. И тут нас
Рис. 6.
422

ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ МЕЖДУ ТЕЛАМИ
Рис. 7.
резины сом:кнутся. Если же труб:ку растянуть
до предела, она разорвется по самому глубо­
:кому надрезу. В этом месте развивался самый
опасный дефе:кт -зародыш разрушения. Работа,
идущая на развитие трещины, определяется
поверхностной энергией, :которая и понижает­
ся в присутствии поверхностно-аl\тивных ве­
ществ. Если за время развития трещины
адсорбционный слой успеет распространиться
по новой поверхности и по:крыть ее, работа
образования трещины и сопротивление тела
разрушению понизятся. Это хорошо видно у
металлов, :которые в обычных условиях пла­
стичны. Пластин:ка из та:кого металла (напри­
мер, цин:ка) деформируется пластично - обнару­
живает большие остаточные деформации, не раз­
рушаясь при изгибе. Здесь сильнодействующи­
ми поверхностно-а:ктивными веществами служат
тоже металлы, толь:ко лег:коплав:кие и в жид­
ком состоянии: для стали - олово, для цин­
:ка - ртуть или галлий (белый металл, плавя­
щийся при температуре оиоJю 30° Ц). Поцарапайте
немного цин:ковую пластин:ку и нанесите на обна­
жаемую поверхность (свободную от о:кисной плен­
ки) :капель:ку ртути. Если попытаться изогнуть
пластин:ку, она даст трещину, а при медлен­
ном надавливании сломается, :ка:к сте:кло, даже
не изогнувшись. Твердое тело из пластичес:кого
стало хруп:ким, та:к :ка:к поверхностно-а:ктивное
вещество облегчило развитие новой поверх­
ности (рис. 7).
Невозможно растереть цин:к в порошо:к без
добав:ки ртути. Добав:ки поверхностно-а:ктив­
ного вещества нужны для тон:кого измельче­
ния и всех других тел. Вся вновь возни:кающая
поверхность тел должна по мере ее образова­
ния по:крываться мономоле:кулярным адсорб­
ционным слоем. Для обычного :кварцевого пе­
с:ка, например, сил�но поверхностно-а:ктивным
веществом о:казывается простая вода: ее добав­
:ка :к сухому пес:ку позволяет тон:ко помолоть
:кварц, и образующиеся мельчайшие песчин:ки
не слипаются в агрегаты.
Мы видим, что и образование частиц нового
тела при :кристаллизации, и процесс разру­
шения (измельчения) твердых тел определя­
ются поверхностными явлениями. И в том
и в другом случае образованием та:ких малых,
а потому и прочных :крупино:к твердого тела
можно управлять с помощью адсорбционных
слоев. Они облегчают развитие дефеитов -
зародышей разрушения - и могут задержать
дальнейший рост мельчайших :кристалли:ков.
Та:кие :кристалли:ки-зародыши могут плотно
срастаться. Именно та:к и образуются новые
сплавы, сохраняющие свою прочность до очень
высо:кой температуры - до 3000°. Прочность
та:ких металлов на растяжение достигает 200-
300 кгс!.м.м2 (по новой системе СИ - 2000 -
3000 н/.мм2).
Чтобы разорвать проволо:ку из та:кого ме­
талла диаметром 1 �i.м, т. е. площадью попереч­
ного сечения о:коло 0,8 .м.м2, надо подвесить
:к ней груз в 200 кг. А :каиой длины должна
быть та:кая проволо:ка, чтобы она разорвалась
от собственного веса? Представим себе, что мы
подняли ее на воздушном шаре, сматывая с
огромной :катуш:ки, :ка:к :кабе.11ь. Вес прово­
ло:ки длиной L см и с площадью сечения Q см 2
будет равен Q L D, где D - плотность ме­
талла в г!с.м3• На единицу п.1
1
ощади сечения
растягивающая сила веса составит LD, и, если
проволо:ка разорвется при длине Lm, прочность
р
на разрыв будет Рт = LmD. Отсюда Lт = ;; .
Для сталей D::
::
::
::;
8 г/см3, и, следовательно,
при Рт=24·103 кгс/см2 разрывная длина про-
24·106
воло:ки составит -8- = 3. 106 см, или 30 км,
т. е . наш воздушный шар должен быть стра­
тостатом (рис. 8). Кстати, разрывная длина
ве зависит от диаметра (сечения) проволо:ки:
423

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Рис. 8.
онаоднаитажеидля
проволоки диаметром
1 мм и для плетеного
каната. Вес проволоки
будет, конечно, пропор­
ционален площади по­
перечного сечения, но
на единицу этой площа­
ди он будет один и ТОТ
же.
Однако, как мы уже
знаем, даже такая ог­
ромная прочность зна­
чительно ниже идеаль­
ной. Чтобы приблизить­
ся к идеальной проч­
ности, надо, как мы ви­
дели, постараться (с уча­
стием поверхностно-ак­
тивных веществ!) рас­
крыть все изъяны в кру­
пинках-кристалликах, а
затем сварить или плот­
но склеить эти кру­
пинки.
Равномерно переме­
шать мельчайшие кру­
пинки, а затем предель­
но плотно их упако­
вать - вот главная за­
дача поро шко в ой
металлургии, а
также технологии тон-
кой жаропрочной керамики, огнеупоров и ме­
таллокерамики. Тугоплавкие твердые тела мо­
гут быть сформованы без плавления и литья.
Они формуются из тонких порошков с неболь­
шим количеством связующего, роль которого
часто играет поверхностно-активное вещество.
Отформованное изделие спекается при тем­
пературе хотя и высокой, но не достигающей
точки плавления. Спекание - пов ерх­
н о стное я в лени е, подобное слиянию
двух капель ртути в одну, - происходит бла�
годаря уменьшению поверхностной энергии.
В твердых телах ему способствует диффузия,
скорость которой растет с повышением темпе­
ратуры.
Уплотнить мелкозернистый порошок не
так-то просто. Для этого нужна огромная и
дорогая прессовая аппаратура, развивающая
высокие давления. Но и в таких прессах хо­
рошо уплотняются только пластичные зерна,
например зерна мягких металлов, которые как
бы текут под давлением и заполняют все пу-
стоты. Зерна же твердых, тугоплавких и хруп­
ких материалов не текут и лишь немного (упру­
го) деформируются. В спрессованном материаJiе
возникают огромные внутренние (упругие) на­
пряжения. Когда давление снимают, эти внут­
ренние напряжения разрывают изде.1ие иногда
еще до спекания, возникает растрескивание,
кдет брак.
Новая отрасль науки - физино-химическая
�ханика решает задачу, как управлять дис­
персной структурой и свойствами будущего
материала в процессе его образования. Физи­
ко-химическая механика предлагает эффектив­
ный и дешевый способ: все связи между кру­
пинками разрушаются интенсивной вибрацией
с частотой около 10 тыс. колебаний в минуту.
Снова путь :к прочности через разрушение!
И дело вовсе не в том, чтобы просто подверг­
нуть порошок вибрированию, - вибрационные
воздействия применяют в технике давным-дав­
но. Важно знать, :какой должна быть вибра­
ция, чтобы смешение было однородным, упа­
ковка наиболее плотной, а следовательно, и
конечная прочность материала максимально
высокой. Нужно, чтобы подвижность смеси
стала наибольшей, т. е. разрушились бы .все
молекулярные связи.
Вы, конечно, догадываетесь, что и тут дело
не обходится без поверхностно-активных ве­
ществ, обволакивающих :каждую крупинку
тончайшим смазочным слоем. Эти замечатель­
ные вещества в сочетании с предельным вибри­
рованием и позволяют обойтись без громозд­
ких прессов. Теперь дав.Тlение для наиболее
плотной упаковки требуется в сотни раз мень­
шее. Крупинки порошка укладываются плотно
(рис. 9), внутренних напряжений не возни­
кает, и изделие после спекания получается
ечень прочным.
Изменяя размеры зерен порошка, можно
создавать высокопрочные тела с раздичной
пористостью вроде фильтров, или поглотителей,
или катализаторов в виде таблеток пли грануд.
Катализаторы - дисперсные тела с сильно раз­
витой поверхностью пор, на :которой в адсорб­
ционных слоях быстро пр,1текают химические
реакции:
Современной химической технологии как ра з
и нужны прочные катализаторы, выдерживаю­
щие интенсивные газовые потоки.
Самый распространенный строительный ма­
териал - цементный бетон. Частицы тонко
молотого цемента при перемешивании с водой,
песком и щебнем растворяются в воде, и из
раствора выкристаллизовываются гидратные

"
�
о
1:
:-
81-
--+-
-.R-
--;,._-+
-
!оо
�71-
--#+-
-+-
-'+-
--+­
о
ё
НЕМЕТАЛЛЫ
наших масштабах строитель­
ства огромна. Новый бетон ,
плотный и звонкий, как ме­
талл, не боится ни влаги, ни
мороза, ни химически агрес­
сивных жидкостей. Детали
и конструкции из него го­
раздо более легкие, изящ­
ные и долговечные.
s101s20..
..
.
Давление, кг/см•- 2so soo ,юоо 2000 зооо
Изучение поверхностных
явлений ведет к заветной
цели современной науки о
материалах - к получению
материалов с задаи­
ными
с в ойствами.
Этим . и занимается физико­
химическая механика, воз­
никшая на стыке техноло­
гии с физической и коллоид ­
ной химией, молекулярной
физикой твердого тела и ме­
ханикой материалов. Х имия
Р11с. 11 . Преесованне порошков: '"'1"""' - без внбрацн11, '""""" - под ;�ейств11ем
в11брац1111. Н11жняя кр11вая - без смазк11; верхняя - с активной сиазtюй.
новообразования - химические соединения це­
мента с водой. Кристаллики срастаются друг
с другом и с поверхностью песчинок, щебня
и стальной арматуры, объединяя всю массу
в затвердевши й монолит. Все это, казалось бы,
несложно. Но беда в том, что для бетона тре­
буется крупный песо к и щебень, а того и дру­
гого не так уж много, да и бетон получается
плохого качества - рыхлый, непрочный, впи­
тывает и пропускает воду, а потом не выдер­
живает мороза.
Применение же методов физико-химической
механи ки позволяет использовать в бетоне
дешевый мелкозернистый песок, обходиться без
дорогого щебня и получать очень плотный,
однородный, а следовате.л'Ьно, и прочный, бь1ет­
ро твердеющий бетон. Выгода от зтого при
должна решать сегодня две основные задачи:
с одной сторонЬ1, синтезировать новые веще­
ства или извлекать уже известные вещества
из природных источников и, с другой стороны,
перерабатывать вещества в разнообразнейшие
твердые тела (технические материалы и изде­
ли я) в строительные материалы для зданий,
в дета.тв� машин, в волокна, ткани, пленки
и т. д. Без решения второй задачи первая не
принесет пользы: можно получить новое веще­
ство и не найти способ, как его применять,
т. е. не суметь превратить его в материал ,
а именно материалы - основа технического
прогресса. Физико-химическая механика вру­
чает сегодня технологам простые и универ­
сальные методы для решения этой, второй за­
дачи, пQмогая рождению новых материалов •
•
НЕМЕТАЛЛЫ
Из этой статьи вы узнаете о большой семье
элементов, которые называют н е м е т а л л а­
м и. Неметаллы, как правило, не проводят
электрический ток, не ковки, не проводят
тепло... По химическим свойствам неметаллы
резко отличаются от типичных металлов. Вот
почему эта группа элементов получила такое
«отрицательное» название. Относитесь к неме-
таллам с уважени ем . Это элементы необычайно
интересные r1 необходимые. Конечно, название
«неметаллы» неудачно, но химики пока не при­
думали другого.
Неметаллы занимают верхний правый угол
периодической системы элементов, причем в
вершине этого угла находится фтор - «Ко­
ролы неметаллов, а граница «царства» прохо-

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕС ТВА
дит по диагонали через всю систему. Такое
положение неметаллов в периодической систе­
ме, конечно, не случайно.
Ч ТО ТА КОЕ НЕМЕТАЛЛЫ
Все химические свойства элементов связаны
с наружными электронными оболочками их
атомов (одной или двумя). Наиболее устойчи­
выми бывают такие оболочки, которые состоят
из восьми (неон, аргон и другие инертные
газы) или из двух (гелий) электронов. Сравни­
тельно устойчивым является также «ансамбль»
из восемнадцати электронов. Движущей силой
химической реакции, в которой участвуют
элементы, служит стремление каждого из них
к созданию устойчивого наружного слоя.
. Рис. t. Атом натрия отдает свой ед инственный внешний элек­
·трон, обнажая восьм11ЭJ1ект рон и)'Ю оболочку. Атом фтора при­
нимает недостающий ЭJ
J
ектрон. Теперь оба они имеют стаб 11ль-
ную на ружную ЭJ
J
ектронную обо.1о чку.
Сделать это элемент может двумя спосо­
бами: или отдать один или несколько электро­
нов, чтобы оставшиеся электроны образовали,
например, желанную «восьмерку», или взять
недостающее число чужих электронов, «до­
строить» наружный слой до такого же устой­
чивого «ансамбля».
Посмотрим, как построены атомы некото­
рых элементов (рис. 1) . Натрий - типичный
металл, потому что для его атома (чтобы наруж­
ная оболочка стала восьмиэле ктронной) доста­
точно отдать один электрон ; этот путь самый
легкий, самый выгодный. А для фтора решение
достигается по-другому: взяв еще один элект­
рон, фтор достроит свою наружную электрон­
ную оболочку до восьмиэлектронной. Для атома
хлора возможны оба варианта - взять еще
один электрон или отдать семь. Но все-таки
первая тенденция сильнее, первый путь более
выгодный.
426
Сравнивая для каждого элемента обе эти
тенденции, ученые называют неметаллами эле­
менты электроотрицательные, т. е. такие, кото­
рые легче принимают электроны, чем отдают их.
Когда во внешней электронной оболочке
содержится уже много электронов (это от но ­
сится к элементам V, VI и VI I групп пери­
одической системы), у атома должна быть
сильнее тенденция брать электроны. Именно
поэтому неметаллы занимают правую часть
периодической системы.
Но если наружная электронная оболочка
находится на большом расстоянии от положи­
тельно заряженного ядра, то ядро удерживает
последние электроны слабо, они теряются лег­
че, а ·значит, растут металлические свойства
элементов. Поэтому в одной и той же группе,
идя сверху вниз, мы встречаем все менее элект­
роотрицательные элементы. Углерод и сви­
нец - оба находятся в IV группе, оба содер­
жат по 4 электрона в наружном слое, но ра­
диус атома углерода невели к, ядро прочно
удерживает электроны: углерод - неметалл.
А свинец - металл, потому что из-за большого
расстояния наружной электронной оболочки
от ядра электроны последнего слоя легко осво­
бождаются.
Легкость, с какой освобождаются наружные
электроны, делает металлы хорошими провод­
ни ками электричества и тепла. Ведь электри­
чес кий ток, текущий в металле, и есть поток
таких «свободных » электронов.
Граница между неметаллами и металлами
проходит не по вертикали - зто результат
совместного действия на электроотрицатель­
ность элемента двух факторов: размеров атома
и количества электронов в последнем слое.
По этой же причине переход от металлов к
неметаллам происходит постепенно, нерезко.
ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ АКТИВНОСТЬ
HEl\IETАЛЛА
И нтересно разобраться, почему именно фтор
часто и не без оснований называют «королем
неметаллов». Активность не.металла в химиче­
ск их реакциях определяется легкостью, с ко­
торой его атом отнимает у других атомов элект­
роны для достройки своей электронной оболоч­
ки. Кислороду не хватает только двух электро­
нов, поэтому он активнее азота, которому нуж­
но три. По сравнению с серой кислород также
более активен, но уже по другой причине -
у кислорода меньше радиус атома. Ясно, что

фтор активнее своих соседей - кислорода и
хло ра, не говоря уже о других неметаллах .
Самый малый радиус атома и наличие в по­
следнем слое семи электронов делает фтор
активнейшим среди неметаллов. А если это
так, то в химических реакциях невозможно
отобрать у иона р- «лишний)) электрон и вы­
делить фтор в свободном состоянии. Именно
поэтому этот элемент был получен последним
из всех галогенов, и для этого понадобилось
более 100 лет упорных поисков.
В наше время фтор получают в достаточном
1\Оличестве. Действуя электрическим током на
расплавленный фтористый калий, удается от­
нять восьмой электрон у иона фто ра и выделить
этот элемент в свободном состоянии.
ПОЧЕМУ НЕМЕТA.JI.JIЫ ПРОЯ В.JIЯЮТ
ПО.JIОЖИТЕ.JIЬНУЮ
И ОТРИЦА ТЕ.JIЬНУЮ BA.JIEHTHOCTЬ
1\огда вступают в реакцию два атома, один
из них отдает элеитроны ·д ругому с тем, чтобы
оба элемента приобрели устойч ивую наружную
электронную оболочку. Допустим, произошла
встреча атом а се ры с атомом металла бария. На
последней оболочке атом а бария два элек:r рона,
как раз столько, сколько не хватает атому
серы, чтобы дополнить свою шестиэлектронную
оболочку.
Оба атома соединяются между собой :
••
••
Ва:+ S:-Ва:s:
••
••
+2 -2
Ва+�-ВаS
Сера взяла два электрона и проявила, таким
образом, отрицательну ю валентность, равную
двум. Б арий отдал два электрона и проявил
положительну ю валентность, также равную
двум. Образо вавшийся положительный ион Ва+ 2
и отрицательный ио н s-2 притягиваются друг
н другу и образуют молекулу. С вязь ба рия и
серы в этой молекуле называется и о
_
н ной. Как
общее правило, металлы проявляют положи­
тельную валентност ь потому, что всегда от­
дают свои наружные электроны. В соедине­
ниях с металлами се ра, как и другие неметаллы .
всегда проявляет отрицательную валентность,
потому что берет элеI<троны в на ружный с.1юй.
Ну, а если происходит соединение двух
неметаллов? 1\огда се ра соединяется с кислородом
или хлором, она отдает свои электроны (ведь и
НЕМЕТАЛЛЫ
кислород и хлор активнее серы) и потому про­
являет по.1 южительную валентность. Перех од
электронов от одного неметалла к другому ча­
сто обозначают ст релками:
Но есл и се ра взаимодействует с фосфором ,
то по праву более сильного она отнимает
электроны и потому проявляет отрицательную
валентность :
s
�P
���
':\�р/
s�
s
Вот почему неметаллы могут проявлять как
положительную, так и отрицательную валент­
ность в своих соединениях. Правда, не все не­
металлы. Активнейшие из них - фтор и кис­
лород - никогда не отдают своих электронов
другим неметаллам и потому проявляют в соеди­
нениях только отрицательную валентность.
Впрочем, нельзя говорить в полном смысле
слова : «сера отдает электроны хлору)). 1\огда
мы пишем P
2
+5S6-2, то цифры+5и -2 сов­
сем не оз начают, что молекула состоит из пя­
тиза рядных положительных ионов фосфо ра и
двузарядных отрицательных ионов се ры.
Почему же все-таки эту формулировку и
эту фо рму записи можtю применять? Отвечать
н а этот воп рос мы начнем с объясненпя стран­
ного с точки зрения арифметики равенства :
СЕМЬ + СЕМЬ = ВОСЕМЬ И ВОСЕ1'1Ь•••
Перед нами реакция взаимодействия двух
совершенно одина1ювых атомов :
..
..
:Cl• + •CI:
..
..
-
Из двух семиэлектронных оболочек образов а­
лись . . . две восьмиэлектронные!
Подобным образом возникает и молекула азота :
4:27

ПРЕВРАЩЕНИ Я ВЕЩЕСТВА
Теперь у наждого атома образовалась устой­
чивая элентронная оболочка, но оба атома
коллективно владеют одной или несколькими
парнми электронов. Такую связь двух атомов
принятоназыватьновалентной.
Здесь мы впервые встречаемся с очень важ­
ной и интересной закономерностью, которуjО
можно было бы назвать...
llPABH.JIO a.JIEKTPOHHЬIX ПАJ•
Ок нзывается, зююномерности, управляю­
щие движением электронов на оболочках ато­
мов, таковы, что наиболее выгодно состояю1е,
при нотором все электроны распределены по
парам и их общее число четное . Ннпример, хлор
или йод, на последней оболочке атома ното­
рых движутся семь электронов, проявляют пра­
имущественно только нечетную валентность:
-1, +1,+3,+5, +7. Сера (6 электронов
на последней оболочке) в .своих устойчивых
соединениях проявляет · четную валентность:
- 2,+4, +6..
Почему так ? А вот почему: отдай сера 3
элентрона, она имела бы валентност ь + 3 ,
но тогда один из оставшихся трех эле1tт ронов
был бы непарным, а это невыгодно. Хлор же,
отдав нечетное число электронов, все остав­
шиеся электроны группирует по парам. Поэ­
тому-то валентность его только нечетная.
Ковалентная связь, при ноторой два атома
имеют о б щую пару электронов, очень характер-
Рис. 2. Если ковалентная связь образуется между атомами
двух разных немста1111ов, то «центр тяжести » з.:�ектр11ческих
зарядов такой молекулы находится не на равном расстоянии
от каждого атома, а ближе к атому, заряд ядра которого
бол ьше. Это смещение приводит к тому, что связь становится
полярной .
428
на для неметаш10в. Но если соединЮiись не­
один:ковые атомы (например, хлор и водород),
то ооща я электронная пара все же бол ьше
принадлежит активному неметаллу. Она как
бы «сдвинута» бл и же к более активному неметал­
лу. Такую ковалентную связь называют по­
л ярной.
..
..
Н·+ •CI:-Н :с1:
••
..
Н•+•Н--
-
н:н
Но если такой «сдвиг» произошел, то в молеку­
ле н+с1-водород частично положителен, а хлор
частично отрицателен: обе эти частицы еще не
ионы, но это уже, так сказать, «зародыш'>
ионов, которые образуются, например, в раст­
воре хлористого водорода под действием моле­
кул воды.
А вот молекула водорода ионов в водном
растворе дать не может, потому что в этой мо­
лекуле таких ионов нет даже в «з ародыше)) .
Теперь мы можем смело употреблят ь вы­
ра жение: «неметалл А отдал неметаллу Б свои
электроны)>, понимая, что речь идет не о по.11-
ной отдаче, а о «сдвиге» электронов в сторону
более активного неметалла. И в этом смысле
более активный неметалл ст ановится отрица­
тельным, а менее активный - полож ительным :
н+1->Noэ<-H+l
F-1<-wэ_,F-1
1
1н+1
}<' -1
Как правило, соедин яющиеся неметаллы созда­
ют общую электронную пару «На равных
условиях)> - каждый отдает в общее пользо­
вание по одному электрону.
Но бывает и иначе... Вот ,как образуется
молекула аммиака из атомов азота и водорода :
..
..
Ho-•N• - oH --
-
Ho N�H
•
•0
t
н
о
н
Кан видно из этой схемы, три электронные па­
ры, созданные «общими усилиям и)>, связывают
атом азота с тремя атомами водорода, а одна
э.1ектронная пара азота остается «свободноi'н>, неза­
нятой. Но стоит аммиаку попасть в раст вор
н акой-нибудь кислоты, содержащий ионы водо­
рода (в них водород лиш ен своего электрона),
как такие ионы «зайцем» занимают свободную

эJ1ектронную пару азота - и уже невозможно
отш1ч ить «бесплатного» пассажира от трех дру­
гнх атомов водо рода. Так образуется комплекс­
ный ион аммония NH4+, а связ ь, образованную
парой э дект ронов, ранее принадлежавшей це­
л1шом одном у атому, называют 1• о орд 11 на­
ционноii связью.
Ионы водорода в водных растворах св язы­
ваются с моле1>улами воды коордннационноii
связ ью и дают комплеl\сныii ион ОJ>сония Н30..
.
,
так что предста вление о том , что в раство рах
кнслоты существуют свободные ионы водо рода ,
нуждается в уточ нении.
..\ l'l11EГATllOE СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВ
Давайте теперь разберемся, как уже готовые
молекулы одного и того же соединения относят­
ся друг к Д ругу . Это поможет нам понять, от
чего зависит агрегатное состояние веществ,
т. е. почему одни вещества - газы, другие -
жидкости, а третьи - твердые тела. Случайно
ли, что водород, кислород, азот, хлор - газы?
Почему соед инения неметаллов с водородом -
это газы или жидкости? Как объяснить, что
почти все минеральные кислоты - жидкости,
а их соли - тве рдые вещества ?
Агрегатное состояние вещества зависит от
рассто яния между его частицами и от степени
их взаимодействия друг с другом . Сила притя­
;�-;ения молекул друг к другу - это главным
образом сила электростатическ ая.
Посмотрите , как построен кристалл поварен­
ной соли (рис. 3). .1\аждый ион здесь ок ружен
шестью ионами прот ивоположного знака. По­
пробуйте-ка определить, где кончается одна
молекула NaC l и начинается другая! Весь
кристалл - как одна гигантская молекула, со­
стояща я нз крепко спа я нных ионов. По этой
причине ион ные соединения - твердые веще­
ства с высокой температурой плавления . Не
удивительно поэтому, что пова ренна я солI:
плавится лишь при 800°, а кипит при 141 3 °.
Если связ ь между атомами поля рная, то
концы молекул противоположно заряжены .
Та кие диполи ориентируются так , что разнои­
менные полюса поворачиваются друг 1' дру­
гу, несколько молекул вза имно притягиваются,
ассоциируются. Конечно , такое взаимодейст­
вие более слабое , чем ионное . Поэтому ве­
щества с полярными связям и в молекуле (на­
прим ер, вода , многие 1ш с.тюты) - это жидко­
ст11 или гааы , легко превраща ющиеся в жидк о­
сти.
НЕ МЕТАЛЛЫ
Рис. 3.
Наконец, если связи в моле1\уле неполярны,
взаимодействие между· молекулами совсем сла­
бое, а подо бные вещества в обычных условиях -
гааы . Именно поэтому атмосфера Земли - свое ­
образная «копилка» неметалJюв - азота и кис­
.-юрода , а также соединений неметаллов- угле-
1шслого газа и па ров воды. Наши рассу жде­
ния касаются лишь сравнительно простых сое­
динений и неприменимы к полимерам и вообще
к вещества м с молекулами очень больших раз­
меров.
JI ECTO НЕМЕТA.Л.JIOB В ПРИРОДЕ
Сочетание атомов сотни химических элемен­
тов образует все вещества живой и неживой
природы.. .
Но встречаются в природе атомы
Рис. �- Наблюдая звезды , тума нности и межзвездное про­
•� тр1н1стио. у•••�ные узнают , из каких химических элементоз
состоит их вещество.

ПРЕВРАЩЕНИЯ В ЕЩЕСТВА
тех или иных химических элементов не одина­
ково часто . Во ВсеJ1енной, как показывают
расчеты, на каждые 1U O UOO атомов приходится
в среднем 90 0()0 атомов водо рода , 9800 атомов
гел ия, 1970 атомов кислорода , азота , углерода
и неона ; чисJiо атомов железа, кремния и маг­
ния составляет 100, а атомов всех остальных
;) J(сментов - всего 30 на 1U O ООО. Итю\, пода­
вля ющее болыuпнст во атомов Вселенноii - это
атомы немета.11лов .
Состав нашей ш1анеты очень отличается от
ерсдне го состава Все.Тiенной. Пока еще недоста­
точно хорошо знают, 1\ ак распространены хими­
чссюю элементы в глубоких недрах Земли. Но
в самых верхних слоях ее - в земноii норе,
атмосфере 11 гидросфере - также преобладают
неметаллы: 1ш слород, нремний, водо род, азот,
угJJерод .
Л ра вда , причины господства неметаллов в
1ю смосе иные, чем в земных ус.11овиях . Дело в
том, что атомы неметаллов - легких элементов
с относительно небольшнм атомным весом -
образуются в звездных «термояде рных реакто­
раю> в бол ьш 11х 1\ оличеетвах , чем атомы тяже­
.ных элементов, занима ющих «подвал» перио­
дической системы. Преобладание неметаллов в
на ружных сло ях нашей планеты связ ано с их
х 11 мическим хараl\тером, физ1шо-химическимп
своiiствами их соединений.
Р 11с. 5. В ближнем космосе - в нашей солнечной с11стеме -
г осподствуют неметаллы . Сч11тают , что Юпитер u Сат�·ри
на 3/, состоят 11з водорода .••
430
Рис. 6 . 8у.•каническ11с газы - «1шдо11орот» нсмстаююв
и их сосд11не11 11й .
Изливающаяся из кратера вулкана лава
�остоит из сравнител ьно легкоплавких еоеди­
пениii, главные составные части которых нрем­
ннii 11 кислород . Из этих соединений и образо­
валась когда-то земная кора . Главные пз них ­
граннт п база.1ьт. Обе эти го рные породы - си­
ликаты, т. е. соли кре111пе1.1оii кислоты . Кроме
кремния и кис.1орода , они соде ржат алюм и­
ний 11 в меньших количеств.ах натрий , калий,
кальций, железо и магний . Вулканы выносят
пз недр Земли также пары воды, углекислый
газ , се ру, се роводород и сернистый газ, азот и
аммию> , галогеноводо роды и их летучие еолн,
водо род и метан. Что общего у всех эт их ве­
щест в? Все они неметаллы или их соединения .
А ведь именно такие вещества лешолетучи.
Помните , как герои с1шзо1\ ино гда демонст­
рпруют свою силу, выжимая воду из камня?
Сказ1\а сказкой, а при совсем не сказочном
процессе плавления гранита из каждого нуби­
ческого километра этой го рной породы выде­
ляется в среднем 26 млн. т воды, 5,3 млн . .м3
водорода и много других летучих веществ ".
Эти летучие вещества и даJ1и начало первичной
атмосфере нашей планеты.
После охлаждения поверхности Земли ниже
100° на нее изливались потоки горячих кислот ,
из влекавшие из горных пород ионы металлов.
Пройдя огонь и воду , гранитные горы рассыпа-

ли сь в песок, превращались в глину, давая
вместе с нерастворимыми .карбонатами осr.доч­
ные породы...
Отступающее море оставляло после себя
залежи солей, титаничес.кие сжатия земной
коры изменяли лицо Земли и характер горных
пород. Процессы пе рераспределения элементов
ш ли уже на поверхности Земли. Еще позже
в судьбу неметаллов активно вмешались живые
орга низмы ...
По соде ржанию в наружных сферах Земли
все рекорды побивают два вещества - вода и
двуоки сь .кремния . Достаточно с.казать, что
о к еан занимает примерно три четверти поверх­
ности Земли при средней глубине его о.коло
4 км , а общее .количество свободной воды
считают сейчас равным около 1,4 млрд. км
3
•
А ведь в объеме, равном одному .кубическо­
му .километру, можно разместит ь все дома боль­
шого современного города! Горные породы со­
держат в среднем около 60% двуокиси .кремния,
а граниты - до 80% . Разновидностей двуо.ки­
си кремния известно очень много, начиная
от обычного песка и .кончая прекрасными .кри­
сталлами горного хрусталя и драгоценных
камней.
Если бы мы захотели составить словарь
всех известных химичес.ких соединений (не
считая органических!), то получилась бы, в об­
щем, не очень большая .книга - в нее пришлось
бы записать 50-60 тысяч названий . А если
выбрат ь лишь те вещества, которые встречаются
в естественном состоянии, способны .к длитель­
ному сущест вованию и составляют основную
массу наружных сфер Земли, то словарь наш
резко с01• ратится: в него войдут примерно
2ОСО названий минералов, но и здесь символы
неметаллов будут занимать главное место.
В виде ка.ких соединений чаще всего встре­
ча ются в природе неметаллы? -Углерод встре­
чается чаще в виде .карбонатов ; азот - в виде
нитратов и co.1eii аммония ; фосфор - фосфатов ;
сера - сульфатов и сульфидов; на.конец, гало­
гены встреча ются в основном в виде солей
галогеноводородных .кислот .
Главные минералы, в состав которых вхо­
дят неметаллы, -это либо о.кислы, либо соли
кислот (кислородных и бес.кислородных).
RИС.JIОРОДНЫЕ СОЕДИН ЕНllЯ
HEMETA.Jl.JIOB
Неметаллы, за ис.ключением галогенов, с
большей или меньшей лег.костью соединяются
НЕМЕТАЛЛЫ
Р11с. _ 7 . Прекрасные правильные кристаллы кварца и их цел ые
семеиства - друзы , как и обычный песок, - зто формы суще­
ствования двуокиси кремния.
с кислородом и образуют окислы. Окислы га­
логенов получают косвенным путем .
Как известно, большинство неметаллов мо­
жет иметь переменную валентность . Поэтому
известен не один, а несколько окислов каждого
неметалла: два - для углерода (С О2 и СО),
пять-для азота, два-для серы и т. д.
В окислах отчетливо проявляются свойства
неметаллов и их периодичность. Возьмем, к
примеру, высшие окислы неметаллов третьего
пер.иода. Вот о ни: Si02, Р205 , 803, Cl207•
Как и положено окислам неметаллов, их гид­
раты - это кислоты: ·
Группы:
IV
Н2SЮз
к ремнева я
v
VI
VII
HCIU4
хлор11ая
Сила кислоты определяется легкостью, с ко­
торой кислота в водном растворе диссоцииру­
ет, давая ионы водорода:
HN03�н++NОз
или, точнее,
Н20+НNОЗ�Н30+ +NO;.
Поэтому .кислота тем сильнее, чем прочнее
связ ь центрального атома неметалла с .кислоро­
дом и чем слабее связь с кислородом атома во­
до рода. Ясно, что увеличение заряда, т. е .
рост валентности центрального атома неметал­
ла, и уменьшение его радиуса увеличивает силу
кислоты. Так, кремневая кислота - слабая ,
фосфорная - средней силы, серная - сильная,
хлорная - очень сильная кислот а. В то же вре-
43:1.

ПРЕВ РАЩЕНИЯ В ЕЩЕС ТВ А
мл известно , что угольная кислота сил ьнее
кремневой, а азотная сильнее фосфорной :
У величение силы �;ислот
Если неметалл образует несколько ю1слот ,
то наиболее сильной из них будет та , в которой
неметалл проявляет максимальную валентность.
Наприме р, серная кислота (сильная) п серни­
стая nислота (слабая) . И ли ряд кислот хлора :
+1
+s
+з
+1
HCI04
НСЮз
НСЮ2
нею
хлорнnn
х лорновата я
хлористая хлорноватистая
У величе ние силы нислот
Ок ислы низших валентностей часто совсем
не взаимодействуют с водой и потому называют­
ся без раз личными: СО, N20, NO.
Отметим два особенных окисла. Один из
них - соединение фтора с кислородом . Полу­
чают его , пропуская фтор че рез сл абый раст­
вор ще лочи:
2Na0H+2F2 _, 2NaF+Н2О+F20.
В этом соединении - и только в нем ! - кисло­
род проявляет положительную валентность, так
как электронные пары, связывающие атомы фто­
ра с кислородом , смещены к более активному
фто ру. Друга я интересная особенность харак-
ОS1
•
1
-·-
1
·-
Рис. 8.
терна для двуокиси кремния. В отличие от га­
зообразной двуониси углерода , своего ближай­
шего аналога, Si02 - веще ство твердое , проч­
ное и тугоплавное (плавится лишь при 1713°!).
Это объясняется особенным строением кристал­
ла двуокиси кремния.
482
•
'
·-
-·
1
••
оs.н
••
Рис. 9.
:Как видно на рисунке 8, каждый атом крем­
н11я в нристалле фактическ и связан не с двумя
атомами кислорода , нак в 11ю леnуле С02, а с
четы рьмя, так что образуется очень прочная
структура . По этой причине двуокись кремния
не раство ряется в воде , а кремневая кислота ,
отвечающа я этому О!'(Ислу 11 получаемая кос­
венным путем , таnже состо11т не из отдельных
молеnул H2Si03, а частично сохраняет свойст­
венную двуокиси кремния сетчатую структуру
(рис. 9) . Именно поэтому nремневая кислота ,
в отличие от других минерал ьных ю1слот, не­
раство рима в воде , не является ж1щ1юстью и
нелетуча.
ВОДОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
НЕМЕТАЛЛОВ
В табличке собраны нек оторые простейшие
водородные соединения (гидриды) неметаллов :
Гру ппы :
IV·
V
VI
VII
HF
НС\
HBr
НJ
Физические свойства гид ридов в целом из­
меняются закономерно в пределах каждой груп­
пы: чем ниже стоит неметалл , тем выше темпе­
ратура кипения его гидрида и тем легче можно
превратить газообразный гидрпд в жидnость.
В твердом поверхностном слое Зе мл11 из каждой
1000 атомов 820 - атомы двух немета,1Ло в: кисло-
рода и крсмн11л . Лишь 1211 атомов принадлежат
четырем самым распространенным мета.1.1ам - алю - 11
1о.
..
минию, железу, магнию и натрию. Подавляющее ..
..
.
бояьmмнство атомов других неметаллов сосредо то-
чено также в верхних оболочках Земли - лито­
сфере, атмосфере , гидросфере. Вселенная в целом
бо.1
1
ее чем на 90 % состоит из атомоо водорода.

Одна1ю поведение аммиака, воды и фтористого
водорода нарушает общую логику: температура
кипения и плавления этих соединений аномаль­
но высока.
Дело в том, что их молекулы ассоциированы
и не отвечают их простейшей формуле. Так,
даже в кипящем фтористом водороде ( +20°)
средний состав его отвечает формуле (HF)4 и
Лишь при 90° пары состоят из молекул HF.
Аналогично, хотя и в меньшей степени, ассо­
циированы молекулы жидкого аммиака. Вода
в обычных условиях, кроме простейших моле­
ку.11 HzO, содержит молекулы (Н2 О)2, (Н2О)3".
Связь между молекулами воды в таких
«двойных» и «тройных» молекулярных агрега­
тах из-за ее относительной прочности нельзя
объяснить лишь обычной ориентацией диполей.
:Как происходит такая ассоциация молекул?
Н-0 Н
(Н-0 Н
.
)
1+1 --+
1.1
Н 0-Н
Н Н-0
Чтобы это было ясно, вспомним, что каждая
валентная черточка символизирует общую пару
электронов ковалентно связанных атомов. :Кро­
ме того, атом кислорода имеет и «свободную»,
только ему принадлежащую пару электронов.
Поэтому атом водорода имеет возможность
связаться не только со «своим» атомом кислорода,
во и с «чужим». Правда, такая связь менее проч­
на, чем обычная ковалентная связь. Называют
ее водородной связью.
..
н �о:...н
•О
•О
н...:о�н
Таким же образом происходит ассоциация мо­
лекул фтористого водорода:
".Зеленые деревья и бурые водорос.пи, черви , выс­
шие животн ые и че.повск - как бы ни бы.пи раз­
.пвчны эти прояв.пеиия жизни , они тесно связаны
с одинаковой в своей основе структурой , изобра·
жеиной в центре рисунка. Зто - порфин . В состав
rе11оr.поб11на - красящего вещества крови че.по­
века и высших животных - входит ске.пет порфина
с боковыми цепями, содержащий в центре мо.пеку.1
1
ы
ион же.пеза. Такую структуру называют rем (слеоР­
ssержу). А незначительное изменение .пиmь одной
боковой цепи мо.пеку.пы rема приводит к 1,расящему
веществу куови некоторых червей . Цвет такой кро­
ви зе.псны11 (спрааа 88ержу). Мвrний - цен?·
рuьный атом зе.пеноrо х.порофи.п.па, .в основе ко?о­
роrо .пежит несвоJ1ько измененный порфиновый ске­
"ет (0,,.1.
.1
11). В состав синей крови некоторых мо.п.пю­
свов в!<од11т медь, а некоторые обитатели морей
соби рают в крови ванадий".
о2t!;(.�1.т.3
НЕМЕТА ЛЛЫ
В этом случае водородная связь оказывается
особенно прочной, так что в растворах фтори­
стоводородной кислоты, кроме привычных нам
ионов:
Н2О+HF::Н3О++F-,
образуются также и ассоциированные ионы:
Н20 + 2НF::нр++ HF2••
Водородная связь похожа на уже знакомую
нам координационную связь, образованную за
счет «чужой» пары электронов. Такая связь
образуется не обязательно между одинаковыми
молекулами. Вот что происходит, например,
при растворении аммиака в воде:
н
н
н;N:+ноО:
..
н
н
..
н
н
rнJ"[нJ
•О
•О
•О
н оо:.=
н;:-1:н
+
:о:
••
•О
••
н
В свойствах гидридов отчетливо проявляет­
ся периодичность. Возьмем, к примеру, гидри­
ды неметаллов второго периода. Метан - ве­
щество совершенно нейтрально1·0 характера,
своеобразный «инертный» газ. Далее следует
аммиак, способный присоединять ионы водоро­
да и потому обладающий основными свойствами.
Фтористый водород, кюс известно, кислота, а
вода, стоящая в нашей таблице между аммиа­
ком и фтористым водородом, в определенном
смысле является амфотерным электролитом.
В самом деле, в реакции с аммиаком вода ведет
себя как кислота (оч�ает ·протон):
NH3+HP:: NH4++он- .
Qри взаимодействии же с фтористым водородом
она связывает протон, т. u. ведет себя юш осно­
вание:
Чем ниже стоит гидрид в нашей таблице,
тем слабее становятся его основные свойства,
если измерять ик способностью реагировать
с кислотами. Действите;1ьно, широно известны
соли аммония, образующиеся из аммиака :и
кислот. А rидрид фосфора PH:I' который в
принципе тоже способен присоединять uротов,
давая ион фо
_
сфоuия . РН4+, образует лишь не­
сколько устойчивых солей с самыми сильными
кислотами, например (РН4) ·-с104 - •
:Кислотные· же свойст.ва гидридов, наоборот,
увеличиваются сверху вниз. Так, кислотные
свойства у сероводорода. выше, чем у воды,

'ПРЕВРАЩЕПИЯ ВЕЩЕСТВА
·а
· из галогеноводородюцх кислот 'самая слабая
фтористоьодородная. На прliмере "t:Идридов не­
металлов можно· . nроследитъ:'дtJйетвие: важней­
шего закона природы: между самыми противо­
положными свойств,ами не1' непроходимой гра­
ницы, во веяном явлении борются противопо­
ложные· тенденции, riриЧем · в завйсимости от
условий либо побеждает одна: .из них, либо
происходит их с:И:нтез, совмещение, переход од-
.
пой противоположности в другую. Этот Закон
nомо.жет нам понять некоторые •интересные яв­
ления, быть может несRолыю неожиданные и
необычные.
ПАРАДОКСЫ В СЕМЬЕ НЕМЕТА.Л.,.1108
Ни у кого не вызовет удивления бесспорН\Jе
утверждение, что кислота реагирует с основа­
ниями. Но иногда ю1слоты способны в опре­
деленных условиях вступать в реакции между
собой. Так,· концентрированная· азотная н
·
исло­
та в смеси с серной кислотой отщепляет уже
не ионы водорода. (точнее, не ионы гидроксония
Н3О+), а .гидронсильную группу:
HON02+2H2S04 � N02++нзо+ +2HS04-·
,
Известна и такая реакция:
HN03 + 2HF:: Н3О++ N02++ 2F-.
Выходит, что в этих случаях азотная нислота
ведет себя... как основание.
«Отменяет>> ли это наши прежние представ­
ления о кислотах? l\онечно, нет!
Мы не случайно выделили слово концент­
рированная кислота. В ней нет или почти нет
воды, а это имеет решающее значение, пото­
му что все наши школьные знания о кислотах
и основаниях относятся н водным растворам.
Стоит нам изменить это условие, и многие
привычные представления меняются и требуют
уточнения.
Вот еще один «парадонс». В обычных усло­
виях для аммиака харантерны основные свой­
ства. Но при изучении свойств жидкого аммиа­
ка (при - 33, 4 °) оказалось, что его· водород
может замещаться · металлом с образованием
амидов:
2NH3 + 2Na --2NaNH2 + Н2•
Удивительно, что эта же реакция происходит
и при высоких температурах ( +з·sо0). Вот и по­
лучается, что аммиак может вести ceбil: в реак­
циях с металлами... нак нислота!
484
И хотя условия реакции с металлами не­
сколько различны, аммиак, вода ·и фтористый
водород в этой реакции очень сходны:
2Na + 2NH3-+ 2NaNH2+H2 t
2Na + 2Н20-+ 2Na0H+H2 t
2Na + 2HF -+ 2NaF+H2 t
Такое же сходство обнаруживается и прu
сравнении основных свойств этих гидридов:
NНз + НСЮ4-+ (NН4)+Сю4-
нр + HCI04-+ (H30)+CJ04-
HF + НСЮ4-+ (Н2F)+Сю4-
l\ак это ни парадоксально, фтористый во­
дород здесь выступает в роли основания, т. е .
связывает протон.
Правда, последняя реакция исключительна,
потому что возможна лишь с сильнейшей из
минеральных кислот - хлорной, которая одна
только способна «заставить» фтористый водород
играть необычную для него роль.
Нетрудно видеть, что эта необычность свойств
обычных соединений связана с особепными усло­
виями, в которые эти соединения мы постави­
ли. Но есть одно простейщее и распространен­
нейшее соединение, свойства которого во мно­
гом необычны в самых <(заурядных» условиях.
Это соецинение - вода (см. ст. <(Беседа о са­
мом необьшновенном в ·мире веществе»).
СВОБОДН ЫЕ НЕМЕТА.Л.ЛЫ
В ПРИРОДЕ
В число десяти элементов, знакомых людям
с глубокой древности, входят два неметалла -
углерод
'
и сера. Оба элемента встречаются в
природе в свободном состоянии.
Молекула серы состоит из восьми атомов,
соединяющихся друr ·с· другом в кольцо. При
нагревании такие кольца разрываются, а при
более высокой температуре образовавши�ся це­
почки укорачиваются, так что сера становится
смесью моленул, содержащих 8, 6 и 2 ат()ма.
При очень высон<>й температуре пары серы
состоят и3 м<>ленул S2, т. е. riостр<>ены так же,
как молекулы кислорода, аз<>та, хл<>ра в обыч­
ных условиях. Сам<>е уст<>йчивое с<>ст<>яние
серы - •н<>льцеобразная м<>ленула S8• При бы­
стр<>м о�лаждени.и. расплавленн<>Й серы раз<>р­
ванные кольца не успевают замкнуться и сера
стан<>вится пластичной, а затем, превращаясь
в самуI<? уст<>й:чивую ф<>рму, возвращает себе
привычный внешний вид и свойства.

Так проявляется один из самых универсаль­
ных законов: все процессы в природе идут
так, чтобы достигалось самое устойчивое со­
стояние, энергия ноторого самая маленькая
(камень падает с горы, потому что у ее под­
ножия он будет обладать самой маленькой по­
тенциальной энергией; сжатая пружина раз­
жимается, потому что это ведет к снижению
ее потенциальной энергии; атом любого эле­
мента стремится R образованию устойчивой
наружной оболочки, так кан это тоже отвечает
минимуму энергии).
Углерод встречается в прнроде в двух раз­
личных формах (ашютропических видоизмене­
ниях), отличающихся друг от друга строе­
нием нристаллической решетки: это - алмаз
и графит. Люди не сразу пришли к по­
ниманию того, что благороднейший алмаз
и невзрачный уголь - близнецы. А между
тем установить это было совсем просто:
в один прекрасный день с помощью линзы скон­
центрировали со.с�нечные лучи на кристаллике
алмаза, помещенного под стеклянный колпак.
Алмаз ... сгорел, а под колпаком образовался
углекислый газ - тот же самый, что образует­
ся при горении угля...
Если алмаз - одно из редчайших произведе­
ний природы, то графит и уголь образуют мощ­
ные залежи. Правда, уголь почти никогда не
состоит из чистого углерода, а всегда содержит
различные примеси.
Недав но было установлено, что обычная сажа
имеет строение, похо1кее на строение графита.
)С'-
.\'-
\
\
Рис. tO. Пучок солнечных лучей, сконцентриро ванный линзой
и направленный на кристалл алмаза, сжигал «царя минера­
лов » и превращал его совершенно так же, как н кусочек обыч-
•.
кого угля , в углекисл ый газ.
28*
НЕМЕТАЛЛЫ
Ри с. t t . Много хитроумных способов придумали люд11 , чтобы
обеспечить на�1более 11 олное сгорание топлива - беа дыма,
копоти и сажи. Но вряд ли еще 50 лет назад кто-ниб�·дь мог
предполагать, что сегодня целые заводы будут ре шать
совсем обратную задачу: полу чать при горении топли ва ка �;
можно бо.�ьше сажи, которая очень нужна пром ышленности,
прежде всего реа11ноаой.
В течение долгого времени она причиняда
людям одни неприятности, засоряя дьшо­
ходы, загрязняя воздух. Сажу использова­
ли лишь для приготовления I\раеок, туши и
т. п. Но в последние десятилетия ее стали спе­
циально готовить, причем для этого приш.-юсь
строить большие заводы, придумывать способ
сжигать топливо так, чтобы сажи получалось
как можно больше. СаЖа - необходимый ком­
понент при изготовлении резины из каучука.
Специальным образом приготовл енны й аморф­
ный углерод широ:ко используется для пог.'Iоще­
ния (адсорбции) многих веществ и нак основа
для нанесения катализаторов.
Графит очень нужен людям не тол ько для
карандашей. Порошок графита - хорошая С:'ltаз­
ка для трущихся частей машин. Из графита
делают электроды для различных электриче­
ских устройств, потому что графит хорошо про­
водит эле:ктрический ток, и это, пожалуй, един­
ственный пример хорошей электропроводности
среди неметад,1ов.
Азот и кислород составляют 99 % атмосферы
нашей планеты (78% - азот и 21 %- :кислород).
Галогены встречаются в природе в виде раз�
личных соединений, и это понятно - ведь они
очень активны. Но кислород тоже очень а�'тив­
ный неметалл. Как же это совместить с большим
количеством свободного кислорода в. природе?
Нет ли здесь какого-то противоречия?
430

.ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТ
-
ВА
'/
Рис. f2. Растения , нсполь­
ауя энерrню со.1нечных лу­
чей; усваивают уrлекнслый
raa н обоrащают атмосферу
кислородом.
Все де.110 в огромной
роли, которую играют в
химии Земли ·растенпя .
Это они - действующие
«Фабрикm - произво­
дят кислород . Если
бы вдруг в один совсем
не прекрасный день весь
растительный мир пере­
стал существовать, ко­
личество Бислорода не­
медленно начало бы
уменьшаться, а через
3000 лет в атмосфере со­
всем не осталось бы ки­
слорода ... И все же вы­
сокая химичесБая актqв-
ность кислорода сказы­
вается на его судьбе. Ко­
личество свободного кислорода 1015 т, т. е.
1 миллион миллиардов тонн. В соединениях с
другими элементами его содержится в 10 ООО
раз больше.
Без кислорода нет дыхания, а без дыхания
нет жизни. Но значение Бислорода для жизни
не ограничивается только зтим . Из двух
аллотропных видоизменений кислорода- <<Обыч­
ного» кислорода 02 и озона 03 - устойчивой
является именно первая форма. Озон довольно
быстро превращается в <юбычный» кислород,
. если не успевает вступать в реакцию с другими
веществами . Солнце могло бы стать причиной
гибели всего живого, потому что, кроме бла­
годатного тепла и света, оно посылает на Зем­
лю разящий поток губительных ультрафиоле­
товых лучей . И защищает нас от этого врага
невидимое кислородное «одеяло»: на большой
,l;ву.�
�
икиА э.Iенеит
высоте ультрафиолетовые .11учи встречаются с
молекулами кислорода, «разбивают» их и пре­
вращают в молекулы озона. Образовавшийся
озон и задерживает смертоносное излучение
Солнца .
О кислороде ооычно говорят: «газ без цве­
та, без запаха, без вкуса>>. Это верно, но лишь
д.1
1
я привычных нам условий . Если обычный
воздух охладить ниже-150° под давлением в
40 атм, он превращается в бесцветную жидкость.
Если такую жидкость поместить в специальные
сосуды с двойными стенками из зеркального
стекла, между которыми выкачан воздух, то
жидкий воздух медленно пспаряется, причем
легче улетучпвается азот . Поэтому в конце
концов в сосуде останется чистый жидкий кис­
лород. Оказывается, жидкий кислород совсем
не бесцветный, а голубой ... Его помещают под
давлением в стальные баллоны и используют
там, где это необходимо. А необходимость в
:кислороде большая. Для выплавки чугуна,
например, в домну вдувают воздух, необходи­
мый для сгорания топлива . Но необходим-то
только кислород, а азот активно мешает пр о­
цессу, уносит тепло, ухудшает качество метал­
· ла . Поэтому в доменном процессе очень перспек­
тивно применение чистого кислорода . Жидкий
кислород используют в качестве окис.тштеля
топлива в некоторых системах космических
ранет.
Азот - «безжизненный» газ, как его на­
звали когда-то (он не поддерживает горения и
дыхания),- интересный неметалл. Молекула
N2 очень прочна, поэтому азот с трудом вступа­
ет в реа1щии. Свободный азот - самая устой­
чивая форма существования этого элемента
в природе . Значпте.ТJьная часть азота на Земле
В прЕ"делах каащоrо периода про-
11сходнт ПЕ'реход м элементов-метал­
лов к элементам-неметаллам н аатеи
к инертному rазу. Но в первом пери­
оде перед инертным rазом rелнем нахо­
дится лишь одни ЭJ1емент - водород.
Это нскл11
1
чнте.1ьный случай . Потому
н элемент очень необычен, своеобра­
зен. По ф11з11ческни свойствам он очень
похож
на неметаллы - rалоrены.
Реаrнруя с некоторыми иеталлам11,
например с J111тнеи, водород проявля­
ет, как 11 rалоrены, валентность - f .
Знач11т, водород - немста.1л? Но, сое-
днняясь со всеми остальным11 неметал­
лам11 , водород проявляl.'т валентность
+ 1, отдав8fl электрон. В таком состоя­
нии он споообен образовать ионы н+.
В этом водород 11охож на металлы .
Вот почему водород часто помещают
и в 1 и в YII rруппу периоднчеокой
талл, и неметалл, и «поrра11нчвый
алемент" одновремен110.
436
системы.
«Окись водорода » - вода при
диссоциации дает не только ноны во­
дорода н+ (как положено кислоте),
110 и ионы он- (как положено основа­
нию). Это ли не амфотерность? Итак"
в нзвl.'стном смысле водород - н ме-

Ри с. 13. Грозовые разряды заставпяют азот воздуха вступить
в соединение с кнспородом. Растворяя окиСJtы азота , дождевая
вода превращается. .• в
азотную киспоту.
находится именно в атмосфере, а те сравнитель­
но небольшие скопления соединений азота, ко­
торые есть на Земле, обязаны своим происхож­
дением в основном живым организмам .
Мы уже знаем, что растения освобождаю т
кислород и выделяют его в атмосферу . С азотом
де.1
1
0 обстоит как раз наоборот: живые организмы
связывают азот атмосферы. Подсчитано, что так
называемые азотобактерии, живущие в почве,
способны за год связать 50 кг азота на наждо11
1
гектаре Земли. Бактерии же, обитающие на
корнях бобовых растений, перерабатывают втрое
больше атмосферного азота в расчете на 1 га!
Есть бактерии, «работающие»
в обратном
направлении, - они
возвращают
связанный
в соли азотной кисJюты элемент опять в
атмосферу .
При эле�>трических разрядах в атмосфере
во время грозы азот вступает в соединение с
кислородо:м и в конце концов превращается в
азотную кислоту. Потоки азотной кислоты,
льющиеся на землю с грозовым дождем! Не
слишко11
1
ли это преувеличено? Судите сами:
в среднем на всех 11
1
атериках происходит более
40 ООО гроз в день, и эти грозы приносят еже­
годно около 15 кг связанного азота на 1 га зем­
ной поверхности.
В наше время в судьбу азота аl\т11вно вме­
шался человек . Еще 140 лет назад первую пар­
тию ч1шийской селитры - одного из важнейших
азотных удобрений - выбросили в море . . . за
ненадобностью. Сегодня на сотнях заводов
превращают атмосферный азот в хи11
1
11ческие
НЕМЕТАЛЛЫ
соединения, без которых невозможна ни сов­
ре11
1
енная промышленность, ни сельскохозяй­
ственное производство .
Один из методов связывания атмосферного
азота подражает природе: смесь азота и кисло­
рода пропусRают через электрическую дугу и
получа ют окисел NO, который далее легко
реагирует с кислородом воздуха, превращаясь
в бурый N02• При растворении в воде он дает
азотную :ю1слоту . Этот метод сейчас отступает
перед самым распространенным процессом -
спнтезом а:м:мнаRа из смеси азота и водорода
в присутствии катализатора:
N2 + ЗН2�2NН3•
Если вы внимательно читали эту главу, вы
обязательно �олжны задать коварный вопрос:
все процессы в природе должны вести к умень­
шению энергии, все элементы· должны находиться
в своей самой устойчивой форме - «Камень
обязате.'Iьно должен упасть»? .
Как же может случиться, что кислород на­
ходится не в устойчивой форме своих соеди­
нений, а в свободном состоянии; наоборот, по­
чему же азот, маRсимально устойчивый в своем
элементарном состоянии, все же превращается
в различные соединения?
Частично мы уже ответили на этот вопрос,
подчеркнув роль живых организмов в судьбе
этих двух элементов .
Да, «Камень дошкен
упасть», если он предоставлен самому себе . Но не
требует доказательств тот очевидный фа1>т, что
любой из нас может взять этот упавший I>амень
и поднять его обратно на гору. Для этого нужно
лишь затратить энерг1iю . Теперь ясно, почему
растения способны произвести превращения,
о которых :мы рассназали: ведь они затрачи­
вают энергию, которую получают от Солнца.
Подсчитано, что масса живого вещества на
Земле составляет один грамм на каждыii квад­
ратный сантиметр поверхности. Много ли это?
Много! Ведь только благодаря участию живых
орган11з11
1
ов в атмосфере появился свободный
кислород, на суше и в морях образовались
огромные залежи 11звестняков, мела, фосфори­
тов, yг.'Ielr, нефти . Недаром эти минералы назы­
ваютб11олита11
1
и. Растения вмешпваются
в распределение элементов в земной коре, кон­
центр�rруя сцни из них, способствуя рассеива­
нию другпх . В течение года растения фикси­
руют 8,2 млрд . т азота и 184 млрд. т углерода.
Не удивительно поэтому, что общий вес живых
органпз�юв в 2,5 раза превышает вес всего
никеля, хрома, цинна, свинца и золота земной
коры, вместе взятых.
437

ПРЕВРАЩЕ НИЯ ВЕЩЕСТВА
х1п111я ж.иани - �то химия
11 Ei\IETA.JI.JIО В
На нашей планете существует около полумил­
шюна видов растений и свыше миллиона раз­
личных видов животных. И все они - от мель­
чайших одноклеточных водорослей до исполин­
ских эвкалиптов, от бактерий до человека -
состоят в
'
своей основе из небольшого числа эле­
ментов-неметаллов, сочетание которых и со­
ставляет колоссальное многообразие органиче­
с1шх соединений.
Почему именно из соединений неметаллов
построены живые организмы? Конечно, потому,
что пе:-.1еталлы гораздо богаче металлов по своей
реа1щпонной способности. Ведь неметаллы спо­
собны проявлять как положительную, так и
отр11цатс:1ьную валентность, способны давцть
соединения друг с другом. Ковалентные связи
метду неметаллами - наличие общих электро­
нов - позволяют атомам оказывать гораздо
более существенное влияние друг на друга,
чем это возможно в ионных соединениях. Эти
элементы так и называют «Органогены». Вот
они: углерод, водород, кислород, азот, сера,
фосфор (значительно реже - галогены).
Почему именно эти неметаллы лежат в ос­
нове вещества живых организмов? Может быть,
потому, что их много в земной коре? Да, но не
это главное. Ведь кремния неизмеримо больше,
Рис. f�. Жиань во всех ее проявлениях на нашей п.чанете
связана с существованием орrанических веществ, в основе
которых лежат уrлеродные цепи. Они связаны между собой
«Мост111<ами» из атомов азота , серы , кислорода. Все rлав·
ные э.1сменты жнзн11 - углерод, водород, 1шслород , азот,
сера, фосфор - неметалл ы.
·�38
чем углерода! Пожалуй, важное значение имеет
боJiьшая подвитность органогенов и их соеди­
нений (кремний же легко превращается в наи­
более устойчивое и мn.
1
1оподвижное соединение
Si02). Но и этого мало. Все жизненно важные
структуры в живом организме - белю�, угле­
воды,
нуклеиновые кислоты - это высоко­
полимерные вещества, включающие в себя
длинные цепочки атомов. Из всех же неме­
таллов лишь углерод способен образовывать
цепи практически неограниченной длины.
И хотя известно много органических соеди­
нений, содержащих относительно небо.11ьшой
процент углерода, именно этот неметалл лежит
в основе органических веществ. Углеродный
«скелет» - цепи или кольца атомов углерода,
соединенных ковалентной, да к тому же не­
полярной связью,- составляет относитrльно
устойчивую, консервативную часть органиче­
с1юй молекулы. Подобно тому как наиболее
частым «партнером»
.
кремния является кисло­
род, самым частым «соседом» углерода бывает
водород. Поскольку его связь с углеродом ма­
лополярна, он также неохотно вступает в ре­
акции. Остальные органогены, сочетаясь меж­
ду собой, образуют полярные группы, замеща­
ющие некоторые из атомов водорода в молеку­
лах органических веществ. Такие ф у н к -
циональные группыобразуют активную
часть молекул, а разнообразие таких групп и
их сочетаний ведет R огромному разнообразию
химических превращений, к которым способны
органические вещества. Итак, сама жизнь во
всех ее формах - могучий гимн неметаллам.
Но, проанализировав состав вещества расте­
ний, мы обязательно найдем в них, кроме не­
металлов - органогенов, еще и калий, каль­
ций, железо, магний. Содержание металлов
здесь сравнительно невелико. Но отсутствие в
почве ничтожных количеств меди и цинка или
других микроэлементов резко сказывается на
развитии растений. Для нормальной жизни
растению необходимо около 70 элементов.
Металлы входят в состав важнейших ферментов
и витаминов, регулирующих жизнь животного
организма (см. цв. табл. к стр. 433).
Железа в крови человека совсем немного -
из него, пожалуй, и гвоздя-то не сделаешь, но
попробуйте обойтись без него! Или попробуй­
те лишить скелет человека содержащегося в
нем кальция!
В природе нет «лишних» элементов. Каждый
из них занимает в ней определенное место и
связан тысячами связей со своими близкими и
далекими соседями по периодической системе.

МЕТАJЩЫ
METAe11.JIЫ
ЧТО ТАКОЕ МЕТ A.JI.JIЫ
В цериодичес:кой системе металлы преоб­
ладают (рис. 1). По многим свойствам металлы
очень отличаются друг от друга: литий вдвое
легче воды, а осмий тяжелее ее в 22,5 раза
(рис. 2). Цезий или галлий можно расплавить
в ладони, а вольфраму для плавления нужна тем­
пература лишь вдвое меньше, чем температура
поверхности Солнца; литий, натрий или �алий
можно резать ножом, а чистый хром не всякий
резец возьмет. ..
Различна и химическая ,актив­
ность металлов - от почти полной химической
YI
инертности золота или платины до неукроти­
мой реакционной способности :калия или натрия.
Но, несмотря на все свое разнообразие, эти
элементы образуют единую семью, потому что
вс
.
е они относительно легко расстаются со свои­
ми наруж-ными электронами и превращаются
в положительно заряженные ионы.
Элемент легко отдает электроны, если их в
наружном слое мало (поэтому элементы пер•
вых трех групп, не считая бора,- металлы) или
если радиус атома так велик, что ядро не в со­
стоянии прочно удерживать наружные элентро­
ны (поэтому висмут, атом :котороrо имеет в
_1"
МЕТАЛЛЫ
НЕМЕТАЛЛЫ •ПОГРАНИЧНЫЕ• ПЕРЕХОДНЫf
элементы
МЕТАЛЛЫ
семЕАстВА
ИНЕРТНЫЕ ГА3Ы
nАНТАНОМД08 (3J1ЕМЕНТ�I
М АКТМНОМДО8 НУЛЕВОЙ ГРУППЫ)
Ри4'. f.

ПРЕВРАЩЕ НИЯ ВЕЩЕСТВА
-·------
-
--=-�---- ::
:.:
-----
-
-=-=·
Рис. 2. Литий вдвое JJl'rчe воды, оемий тяжелее ес
в 22,:> раза.
наружном слое пять ЭJiектронов, все-таки ()т­
восят к металлам).
Проследив, как изменяются свойства у эле­
ментов 111 периода, мы увидим, что с увеличе­
нием числа эле�>тронов в наружном слое ато­
мов элементы постепенно переходят от активно­
го металла натрия к активному неметаллу
хлору. IV период тоже начинается активным
металлом калие111. В nонце этого периода перед
инертным газом нриптоном также стоит ак­
тивный неметалл бром. Следовательно, и
в этом периоде должен происходить такой же
переход.
Почему же этот переход такой медленный?
Дело в том, что у элементов IV периода от
скандия до цшнш «достраивается» не наружный
электронныii слой, а предыдущий (рис. 3).
И лишь после цинка (начиная с галлия) число
электронов в наружном слое увеличивается,
так что у германия здесь четыре электрона.
Он - «пограничный» эJiеr.1ент, за которым сле­
дуют не111еталлы.
Поскольку у элементов от сиандия до нине­
ля в наружном слое не больше двух электро­
нпв, то они - металлы. Каждый большой период
вилючает в сеGя подобный ряд, состоящий
толыщ из металлов. У этих рядов четные номера
L:Er:в22
26
Ti
Fe
2
z
28102
28142
Рис.
440
(4, 6, 8, 10), а из большинства расположенных в
них металлов состоят побочные подгруппы перио­
дической системы. Металлы, стоящие в середи­
не больших периодов и последовательно «до­
страивающие» не наружный, а более глубоко
лежащие электронные слои, называют п е р е­
ходными металлами.
Переходные металлы, как правило, про­
являют пере111енную валентность, и потому их
соединения гораздо многочисленнее и разнооб­
разнее, чем соединения металлов главных под­
групп периодической системы.
Так, ванадий способен, вступая в химиче­
ские реакции, отдавать один за другим все
пять своих валентных электронов, изменяя
свою валентность от+ 2 до+ 5. Интересно, что
при этом получаются соединения красивой
окраски, характерной для каждой из этих
валентностеii.
Максимальная валентность переходных ме­
таллов равна номеру группы. Правда, у боль­
шинства эле111ентов VIII группы валентность
ниже максимальной (см. ст. «Великий заною>).
Проявляя максимальную валентность, метал­
лы побочных подгрупп в своих соединениях
становятся похожими на соседей из главных
подгрупп. Так, семивалентный марганец вхо­
дит в состав марганцевой кислоты HMn04,
похожей по строению молекулы на хдорную
кислоту НСЮ4•
Ес.1
1
и металл проявляет переменную валент­
ность, то ою1слам высiпей валентности отве­
чаюткислоты,низшей-основания.
Оиислы, в которых вадентность металла про­
межуточна, амфотерны, т.е.способныв
зависимости от условий проявлять каи ниrлот­
ные, так и ос новные свойства.
КОГДА llETAJIJIЬI llОХОЖИ
ДРУГ НА ДРУГА
Мы привыкли и тому, что у элементов одной
и той же главной подгруппы и у соединений
27
28
29
эо
Со
Ni
Cu
Zn
28152
2816z
28181
2818z
;J.

этих элементов сходные свойства. Причины
такого сходства - похожая структура внешней
электронной оболочки. Такая закономерность
полностью относится и к металлам.
Но переходные металлы обнаруживают и
новую особенность: ведь за нес1:юлькими исклю­
чениями, у всех у них в нарулшом слое по два .
элентрона, 11 все он11 отличаются друг от ,ц.руга
лишь струnтурой второй (или третьей) снаружи
оболочни.
Особенно близки свойства у металлов с
почти завершенной предпоследней оболочкой,
например у железа, Rобальта 11 никеля. Поэ­
тому такие «триады» элементов помещают вместе
в VIII группу. Сходство этих металлов не ог­
раничивается (<своей» группой: следующий за
никеле:11 элемент медь хоть 11 попадает в
1 группу, но во многом подобен своим предшест­
венникам. Особенно заметно такое сходство
между (<триадой» --
-'-
осмий, иридий, платина -
и золотом.
Особое сходство у двух замечательных пар -
ниобий и тантал, цирконий и гафний - связано
не только с одинаковой структурой внеш­
них электронных оболочек, но и с одинаковым
радиусом у атомов каждой пары.
У семейства лантаноидов различия электрон­
ной структуры (<спрятаны» уже не во втором,
а в третьем снаружи элентронном слое. Вот
почему это семейство помещают вместе в одну
ltлетку периодичесltой системы.
ОТ ЧЕГО 3.<\BllCllT AKTl
·
IBHOCTЬ
М·ЕТA"1J.J1 A
Аltтивный металл легко отдает свои электро­
ны, вступая в х1111111ческую реаltцию. Сравнить
аltтивность несколью1х металлов часто ПОl\Ю­
гает всемогущая периодичесltая система.
Вот четыре металла-соседа. Нам известна
их электронная структура (рис. 4).
Вступить в реа:�щшо для перечисленных
металлов означает отдать наружные элеltтроны.
Натрий отдаст легче одИн э..-:�ектрон, чем маг­
ний - два или алюминий - три. Поэтому от
натрия lt алюминию активность металлов умень­
шается. Два наружных электрона у ltальция
дальше от ядра, чем такие 11>е два электрона у
магния. Поэтому кальций легче потеряет их,
а это и значит, что активность ltальция :�;ыше,
чем магния.
Rогда речь идет о металлах, стоящих в
главных подгруппах периодичес:кой системы,
можно довольно точно теоретичес:ки предс:к
.
а-
МЕТАЛЛЫ
зать, какова будет их относительная активность:
чемниже и левее местометаллавсис­
теме, тем он а :к т и внее. Не нужно, одна­
ко, забывать, что активность связана и с тем
(<Партнером», с которым взаимодействует металл.
Относительную а:ктивность всех остальных
металлов теоретически предвидеть гораздо труд­
нее. Здесь на помощь приходит опыт, экспери�
мент. Простейший опыт может проделать каж­
дый: опустите железный гвоздь в пробирку с
раствором медного купороса, очень быстро же­
лезо покроется золотистым слоем металлической
меди. Что произошдо? ·Ионы меди, чтобы пре­
вратиться в металлическую медь, должны вер­
нуть себе два электрона:
cu+2 + 2е-+ Cu0•
Эти электроны и дают меди металлическое
железо:
Fe0 - 2е-+ Fe+
2
•
Но если железо расстается со своими элект­
ронами, а медь включает их в свою электрон­
ную оболочку, то это и значит, что железо
активнее.
Более с.1ожные и точные эксперименты по­
могли выстроить металлы в одну шеренгу по
их антивности:
КNaMgAlMnZnFeNiSnРЬНСнHgAg
Почему в этот ряд попал водород? Он имеет
на это право потому, что водород по своему
химическому харантеру во многих реакциях
ведет себя :как металл (см. ст. (<Неметаллы>)).
441.

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Кроме того, один из важнейших призна1юв,
характеризующих металлы,- это отношение к
разбавленным кислотам, в которых металлы,
стоящие слева от водорода, растворяются, ста­
новясь на его место.
А может ли водород вытеснять стоящие спра­
ва от него металлы из растворов их солей? Да,
может. Газообразный водород под давлением
способен замещать малоактивные металлы.
Чем левее стоит металд в таком ряду ак­
тивности, тем легче он вступает в химические
реакции, отдавая электроны.
Вот мы бросили в чашку с водой кусочек
металлического натрия. Блестящий шарик бе­
гает по поверхности воды, шипя и потрескивая.
То и дело вспыхивает желтый огонек, сердито
разбрызгивая во все стороны образовавшийся
раствор щелочи. А если кусочек металла взя1ь
побольше, то дело может кончиться взрывом!
Магний в ряду активностей стоит правее
натрия, он реагирует с водой лишь при нагре­
вании.
Если же наблюдать взаимодействие железа
с водой, то потребуются, пожалуй, недели, а
то и месяцы, пока появятся видимые изменения:
ржавчина на поверхности железа и совсем не­
большое :количество водорода, :которое можно
собрать над водой. Поэтому хими:к назовет
железо сравнительно неа:ктивным металлом.
А инженер-технолог с ним не согласится, да
еще, пожалуй, и поругает железо за его из­
лишнюю готовность вступать в реа:кции. Прав
:каждый по-своему. И наверно, стоит посочув­
ствовать технологам: ведь они-то хорошо зна­
ют, что более 10 % всего добываемого ежегодно
железа приносится в жертву воде, :кислотам и
другим веществам-агрессорам.
А поскольну железо, его сплавы с другими
металлами и сами эти металлы - важнейшие
:констру:кционные материалы, без :которых не­
возможна современная техника, то ясно, что
пробJiема химической устойчивости выдвигает­
ся на самое первое место.
КАК ПРИМЕНЕНИЕ 1'1ЕТAJIJIOB
СВЯЗАНО С ИХ СВОЙСТВА1'1И
Металлы мы узнаем среди других веществ по
их особому металлическому блеску. Блестят они
потому, что отражают падающие на них лучи
света: не пропускают с:квозь себя, как стекло,
и почти не поглощают, как сажа. Это общее
свойство метаJшов. Но ярче всего оно прояв­
ляется у серебра. Вот почему его применяют
442
для изготовления зер­
кал, иногда, впрочем,
его заменяют алюмини­
ем или индием.
Такое же общее свой­
ство металлов - элект-
ропроводность. Без ме­
таллов невозможно бы­
ло бы передавать по про­
водам
электрическую
энергию на тысячи кило­
метров или разговари­
вать по телефону. Здесь
на первом месте среди
металлов оказывается
опять серебро. и вплот­
ную к нему примыкают
медь и алюмюшй. Вот
почему электропровода
делают из чистой меди
и алюминия.
Рис. 5 . Же.� езо растворяет­
ся в азотной кислоте , а
тантал по отноruению к ней
уд ивительно стоек.
Нить накала электролампочки раскаляется
за счет сопротив.11ения, оказываемого ею элект­
рическому току, поэтому для изготовления ее,
наоборот, нужен металл со сравнительно малой
электропроводностью, но очень тугоплавкий.
Таких металлов много, но из них выбран самый
тугоплавкий - вольфрам. Нити из большин­
ства других металлов при включении электро­
лампочки либо мгновенно плавились бы, либо
в короткий срок испарялись.
Но почему же из вольфрама не делают спи­
ралей для эJ1ектроплиток? Это было бы грубой
ошибкой. Не только потому, что вольфрам слиш­
ком дорогой металл, но и потому, что он выдер­
живает длительное накаливание только в ва­
кууме или инертном газе. На воздухе же он
быстро окисляется.
Итак, новое назначение требует нового,
специально для него приспособленного метал­
лического материала. Вот тут-то и приходят
на помощь сплавы.
СВОЙСТВА CПJIABOB И ИХ СОСТАВ
Современная техника нуждается в металли­
ческих материалах с самыми разнообразными
свойствами и сочетаниями свойств. Химия и
металлургия должны обеспечить ее всем необ­
ходимым. Рассмотрим, как наука и техника
решают эту задачу.
Металлический сплав д.1
1
я типографского
шрифта, .которым отпечатана эта книга, должен
быть достаточно лег1•оплавким, чтобы из него

легко было отлить литеры, 11 в то же время до­
статочно твердым - иначе литеры износятся
прежде; чем будет отпечатан весь тираж. При
этом металл должен точно воспрои3водить фор­
му, в которой отливаются литеры. Среди чистых
металлов нет такого, в котором сочетались бы
все заданные свойства. Свинец легкоплавок, но
слишком мягок, его можно царапать даже ног­
тем. Сурьма легкоплавка и достаточно тверда,
но слишком хрупка.
Сплав же свинца с сурьмой и незначительным
количеством олова обладает плавкостью свинца
и твердостью сурьмы, но не хрупок, как она.
В момент затвердевания этот сплав слегка рас­
ширяется и поэтому точно воспроизводит форму,
в которой отлит. Вся эта сумма свойств, а не
каждое в отдельности и делает наш сплав -
гарт - почти незаменимым типографским ме­
таллом.
Не подумайте, что при сплавлении металлов
их свойства просто складываются или же что
свойства сплавов представ.'Iяют что-то среднее
между свойствами сплавленных металлов. Гарт,
например, плавится при более низкой темпера­
туре, чем каждый из входящих в него металлов.
Еще более легкоплавки припои; они соединяют,
спаивают металлические части. А ведь припой
состоит из тех же самых металлов - свинца,
олова и сурьмы. Так, простейший из при­
поев - третник (одна треть свинца н две трети
олова) плавится при 183°, в то время как точка
плавления свинца 327°,
олова 232°. Особенно
легкоплавки сплавы висмута, хотя сам он пла­
вится лишь при 271°. Из висмутового сплава
(точка плавления всего 60°) изготовляют коль­
ца, удерживающие пробки в водопроводной
сети, проложенной по потолку здания. При
возникновении пожара кольца плавятся, на­
пор воды вышибает пробки 11 воде откры­
вается путь к огню. Такую сеть устраивают в
театрах, на складах горючих материалов, на
деревообделочных и текстильных предприятиях.
Сплавляя одни и те же металлы, но в разной
пропорции, можно получить сплавы с разными
свойствами и разного назначения.
Корпус ручных часов чаще всего nзготовля­
ют из нер»:авеющеil ста.ТJи, а пружину - уж обя­
зательно из элинварг.. И то и другое - сплавы
железа с хромом, никелем и углеродом. Но в
состав нержавеющей стали входит 18% Cr,
8% Ni, а в состав элинвара - 12% Cr, 36%Ni.
Каждый день, заводя часы, вы закручиваете
часовую пружину. Заведенная пружина рас­
кручивается, тянет шестеренки-колесики - ча­
сы идут. Многие годы и изо дня в день, 365 раз
М ЕТАЛЛЫ
в году скручивается и раскручивается пружина,
не утрачивая упругости.
,При другом соотношении тех же составных
частей, например 15% Cr, 60% Ni, получается
нихром - сплав с низкой электропроводностью
и высокой жаропрочностью. Он применяется в
электронагревательных устройствах (например,
в эле1\троплитках).
Сплав того же железа с 48% Ni об.ТJадает
одинаковым со стеклом и платиной коэффи­
циентом расширения при нагревании. Это пла­
тинит. Без платинитовой проволочки, впаянной
в стеклянную оболочку электролампочки, нель­
зя было бы подвести ток к нити накала, так как
другие металлические материалы при измене­
нии температуры расширяются либо больше,
либо меньше, чем стекло, и сцепление металла
со стеклом нарушается.
Состав, свойства и назначение сплавов чрез­
вычайно разнообразны. Но в современной тех­
нике чаще всего применяют сплавы, в основе
которых самый дешевый и доступный металл­
железо.
ЧЕ11 ЧУГУllЫ ОТЛИЧАЮТСЯ
ОТ СТАЛЕИ
Железа добывают из недр земли больше,
чем любого другого металла. Но чистое железо
вы вряд ли видели. Этот серебристый металл
слишком мягок, а поэтому малопригоден для
технических изделий (за исключением сердеч­
ников электромагнитов) .
Сплавы железа -.чугуны и стали­
очень отличаются друг от друга своими свойст­
вами. Как ни старайтесь, вам не удастся согнуть
чугунный стержень, при большом усилии он
не выдержит - сломается, по не согнется.
Лезвие же стального об"едепного ножа сгибает­
ся и снова выпрямляется. Чугун хрупок, а
сталь упруга. Впрочем, упругость стаJIИ имеет
свой предел: лезвие ножа нельзя согнуть в
дугу- оно сломается.
Металлурги изготовляют сотни разнооб­
разных сортов («марок») стали, десятки сортов
чугуна. Во всех непременно содержится угле­
род. Поэтому и сталь и чугун называют же­
лезоуглеродистыми сплавами.
В чугунах более 2% углерода, в сталях -
менее 2% , и совсем мало его в мягких сталях,
в ковком железе. Из ковкого железа про­
катывают листы кровельного железа, протяги­
вают проволо.ку, из железной проволоки изготов­
ляют гвозди.

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Огромная отрасль промышленности, кото­
рая занята получением чугуна, сталей и ков­
кого железа, называется черной металлургией,
а самп железоуглеродистые сплавы - черными
сплавами (см. т. 5 ДЭ, ст. «Черная металлургия»).
KAKllE БЫВАЮТ ЧУГJТНЫ
Если железную проволоку нагревать элект­
ричес1:ш111 током, то сначала она все более про­
висает - от нагревания железо расширяется.
При i69° проволока перестает притягиваться
11
1
агнито111. А при 910° проволока внезапно натя­
гивается: объем железа уменьшается. При этой
температуре располотенпе атомов в железе
изменяется и обыкновенное железо, или альфа­
железо (рис. 6), превращается в гамма-железо
(рис. 7). Одно из отличий гамма-железа в том,
что оно способно науглероживаться: оно впитЬl:­
вает в себя углерод, как губка воду, пока не
насытится нм. Наконец, при 1539° железо пла­
вится, превращаясь в п.одвнжную, легко рас­
плесю1вающуюся жидкость. Жидкое железо
боJ1ее жадно поглощает углерод, чем твердое
гамма-11\елезо.
Железо выпJ1авляют нз его руд с помощью
коl:\са. Он 1:\аН раз и представляет coGoii почтн
чистый угJ1ерод. Поэтому ослепительно б.1естя­
щая струя, с шумом извергающаяся 11з лётю1
до11
1
енно ii печи в 1:\овш,- это не чистое 11'еJ1езо,
а раствор углерода в жидком железе - чугун.
При затвердеваюш жидl:\ого чугуна в нем
образуются 1:\рнсталлы жеJ1еза. Но эти кристаJl­
лы не в состоянии удержать в себе весь раст­
воренный углерод. Его излншек выделяется
в виде графита - получается серый чугун.
В отJ1ивке из серого чугуна кристаллы желе­
за пересJ1оены тоню1.1ш1 11 широкими чешуйка­
ми графита. На рнсую'е 8 показано, 1:\ак выгля-
Р11с. G.
Рис. 7.
днт срез серого чугуна под мнl:\роскопом. Рас­
се1'ающне срез во всех направлениях тон1'ие,
с.1овно трещ111:1ю1, полоски - это и есть пла­
спrню1 граф11та. Графитовые чешуйю1 Jiегко
расщепJ1яются, 1'ак спрессованнан стоп1'а бума­
ги. ПоэтО1
1
1у графит - «СJ1абое» место в сером
чугуне. При удаr:е отливка из серого чугуна
разбнвается на 1'ус1ш вдоль прослое.1> графита,
как есшr бы эти просJ1ойки былн в самом дeJie
трещпна111 11 . Tal:\oii чугун хорошо отливается в
формы, но хрупоl:\, в его нельзя 1'овать. Из се­
рого чугуна отливают станины 11
1
аш11н, маховые
колеса, плиты, канализационные трубы.
На р11сую'е 9 по1'азана отшш1фова нная по­
верхность выео1юпрочного чугуна под микро­
скопом. Ta1.;oii чугун получен в СССР. Графит
не рассекает отш1в1'у тонкимн пластинками,
он «бдою1роваю> в виде вкдюченнй шарообраз­
ной формы. Это достигнуто тем, что в распдав­
ленный чугун перед его разш1в1'0Й в формы
введено незначительное коJ111чество магния.
Из высокопрочного чугуна можно поэтому от­
ливать п такие ответственные детали, как,
например, 1:\Оденчатый вaJI мощного судового
двпгателя.
На примере высокопрочного чугуна мы по­
знако111иш1сь еще с одним из способов изменять
по заl:\азу своiiства сплавов - с прн:менением

11
1
одифиRаторов. При модифицировании химпче­
Сl\ИЙ соетав сш:rава не меняется : ведь высоRо­
прочныii чугун по составу праRтичесRи ничем
не отличается от обыRновенного. Изменяются
лишь форма, размеры и расположение Rристал­
лов тех веществ, из Rоторых сплав образова н.
RAR ЗА КА.JIЯЕТСЯ
11 ОТПУСКАЕТСЯ СТ А.;1Ь
Большая ча сть выплавляемого в доменных
печах чугуна переделывается в сталь. Для этого
нз расплавленного чугуна выжигают углер од ,
поl\а его останется не более 2 % .
Для Rаждого стального изде. тшя нужно по­
добрать подходящий сорт стали. TaR, желез­
нодорожные Rолеса изготовляют из мягRой,
а поэтому вязRоii стали, их ободья (бандажи) ­
из более твердой стали, так каl\ иначе при
rrрении о рельсы 1\Олеса быстро изотрутся. Для
осей, на Rоторые насажены колеса, стал ь нужна
еще более твердая.
••••
,
•.
.),•••! •f.
.."�
'
'·
......
1•
••
....
,,
••
•••
·- �·
Рис. 9.
Твердость стали придает содержащийся
в ней углерод. Но вот что получилось при з аби­
вании трех гвоздей в твердое дерево: один сло­
мался при первом же ударе, второй затупился,
согнулся,
и шляпl\а его расплющилась .
И только третий послушно вошел в дерево.
А между тем все три гвоздя изготовлены из одной
11 той же ст<t ли, с одним и тем же содержанием
углерода•. В чем же здесь сеRрет? Дел о в том,
МЕТАЛЛЫ
что гвозди прошли разную термическую обра­
ботRу.
Двигателем в наших часах служит пружина.
РасRручиваясь, пружина приводит в дейст­
вие весь сложный механизм часов. Но если
пружину перекрутить, она сломается. Такая
сталь обладает упругостью и хрупкостью. Пер­
вое свойство наряду с твердостью делает сталь
почти незаменимым поделочным материалом.
Со вторым же свойством поневоле приходится
мириться.
Эти свойства стальное изделие получает во
время закалRи. Для закалки его нагревают,
не давая расплавиться, и тем самым дают
возможность атомам уг.Тiерода проникнуть в его
кристаллы.
Если теперь изделие медленно охлацить,
в нем произойдет то же, что в затвердевающем
чугуне: железо освободится от растворенного
в нем углерода, перейдя в алъфа-же.�:езо.
Проделайте эту операцию со стальным пе­
ром, иглой или кусочком стальной проволоRи,
и вы убедитесь, что материал неузнаваемо из­
менился. Он легко сгибается, не ломаясь , и не
возвращается 1\ первоначальной форме. Упру­
гость и твердость, а вместе с ними хрупкость
утрачены. Вновь нагрейте докрасна этот пред­
мет, но охладите его быстро, бросив в холодную
воду. В результате сталь останется твердой,
упругой и хрупкой .
При закалке стального изделия атомы угле­
рода из-за быстроты охлаждения не успевают
выделиться из кристаллов альфа-железа. Эти
«застрявшие� атомы · и придают закаленной
стали особые свойства.
В заl\аленном состоянии сталь получает наи­
ц.ы:сшую твердость, но становится такой же
хрупRой, Ral\ чугун. Чтобы сделать ее менее
хрупRой, изделие подвергается последней опе­
рации - отпусRу. Предмет еще раз нагревают
до сравнительно невысокой температуры. TaR,
стальные инструменты отпусRаются при тем­
пературах всего 120-150°. При этом твердость
стали почти не снижается, а хрупRость умень­
шается. Для пружин и рессор сохранять высо­
кую твердос�ь не обязательно, поэтому их под­
вергают отпусR у при более высоRих темпера­
турах (300 -400 °) ; при значительной потере
твердости достигается наибольшая упругость.
.JIЕГИР ОВАННЫЕ CTA.JIИ
Быстро вращается сверло сверлильного стан""
Ra , вон заясь в стальную плиту. Разумеется,
445

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
сверло при этом сильно нагревается. Что из
этого следует?
Сталь остается твердой и упругой лишь до
тех пор, пона она закалена, т. е . пока угле­
род остается растворенным в железе. Но при
нагревании закалка стали исчезает и сверло
должно стать мягким. Резцы и све рла из обык­
новенной стали не выдерживают значительного
нагревания при работе. Здесь на по:.ющь при­
ходит вольфрам - тот самый металл , из кото­
рого изготовлена нить электролампочки. До­
бав на вольфрама к стали при ее выплавне поз­
воляет углероду удерживаться в твердом раст­
воре вплоть до температуры нрасного 1\аления.
Тан делают быстрорежущую инструменталь­
ную стаJJ ь.
Применяя резцы из такой стали, можно
·сильно увеличить снорость резания метал.J]а
и в несколько раз повысить производительность
метаJш ообрабатывающих станнов. Быстрорежу­
щая сталь относится к сталям легированным,
т. е. содержащим , помимо углерода ; добавоч­
ные' элементы.
Применения стали весьма разнообразны -
от стального пера до реантивного самолета.
В каждом случае н ней предъявляются различ­
ные требования. Многие из них металлург мо­
жет удовлетворить , усложняя состав стали теми
или иными легирующими элементами. И только
ногда эти возможности полностью исч ерпаны,
он отl\азывается от стали и обращается к дру­
гим сплавам. Тан , по заназу металлообрабаты­
вающей промышленности был создан п о б е­
д и т - безжелезный сверхтвердый сплав из
нобальта и карбида вольфрама. Сверхтвердые
сплавы позволили еще более увеличить ско­
рость резания металлов - до десятков метров
в секунду.
В ТЕХНИ КУ ПРJIХОД.ЯТ НОВЫЕ
МЕТA.)J"'JЫ
В течение веков челове н не испытывал нуж­
ды в больших количествах других металлов ,
кроме железа. В Х IX в. распространение машин
вызвало стре мительный: рост производства чугу­
на и осо бенно стали. Вместе с тем появились
и совершенно новые потребители металлов -
элентротехника , а в ХХ в. - авиация. Начался
быстрый рост производства меди для электро­
промышленности. Для ав иации потре бовались
другие металлы - прочные , как сталь , но не в
пример ей ле гкие. Химия с помощью электро­
промышленностп достав ила та l\ОЙ: материа.� . Это
былалюминий:.
Первые слитки алюминия, появ ившиеся в
конце прошло го столетия на промышленной
выставке под рекламным названием «серебро из
глины•>, поразили воображение посетителей.
Люди привыкли к большому удельному весу
металлов и не хотели верить , что здесь нет ни­
накого фокуса, что сш1тю1 не полые внутри.
В будущее нового 11
1
етал.�а было еще трудно
поверить , таl\ как цена у него была почти такая
же , как у золота. 1\огда х1111шческий способ п о­
лучения алюминия заменили электролитиче­
сним , цены на алюминий стали стремительно
падать. Вскоре новый металл оказался досту п­
ным для самого широl\ого применения, но , ко­
нечно , опять-таки не в чистом виде.
Чистый алюминий: мягоl\ и податлив в зна­
чительно большей .степен и, чем чистое железо.
Однако, сплавляя алюминий с небольшими ко­
личествами других металлов , получили ал ю­
миниевые СПШ).ВЫ , жесткие , прочные , упругие ,
приближающиесЯ этими начествами к сталям,
при плотности в среднем почти втрое меньшей.
Фотограф ическая (( специа.J
J
ьность•> жеа1
1
еаа
446
Некоторые соединения железа свето­
чувствительны. Фотолюбители моrут
попробовать получить отпечатки с не­
rативов , eCJtи их не пуrает необычный
синий цвет отпечатков. Для зтоrо rото­
вят рабочий раствор,, смешивая 10 ча­
стей 25% -воrо раствора щавелево­
киСJtоrо железа с 7 частями ковцент­
рированвоrо раствора аммиака и 20 ча­
стями насыщеввоrо раствора щаве­
певой КИСJlоты . При атом абраауется
комппексная сопь железа· н аммония ,
обладающая светочувствитепьиостью.
Отдельно · rотовят 25% -иый раствор
красной кровяной соли. Перl.'д рабо­
той оба рабочих раствора смешивают
равными долями и получснным раст­
вором смачивают обыкновенную бу­
маrу. Высушенную бумаrу CJll.'дyeт
экспонировать , во выдержка должна
быть значительно длительнее , Чf.'М
при работе с обычными фотобумаrам н.
Проявителем СJtужит обычная вода .
Вместо фиксирования сн имок просто
высушивают . Отпечатки можно по.•у­
чить и на ткани . Для атоrо к све­
точувствительному раствору нужно
добавить желатин и поJ1учевный ry-
стой раствор наносить на ткан ь. Ес­
ли обесцветить rотоRый отпечаток в
растворе соды , а затем опустить его
в раствор танн11на, получается корич­
невый отпечаток, в растворе rалло­
вой IШСЛОТЫ - черный.

..:::· · ···,.····-····:
\....·\ .....>
Рве. 10. Алюминий нс выдержал экзамена на «тепловой
барьер» .
"У алюминия есть достоинство, всем извест­
ное из повседневного опыта: стойкость к при­
родным агрессорам - воздуху и воде. Между
тем химики причисляют алюминий к самым
химически активным металлам. Rак вяжется
одно с другим?
Оказывается, при первом же соприкоснове­
нии с воздухом алюминий, окисляясь, покры­
вается тончайшей пленкой своего ·Очень проч­
ного · нелетучего и нерастворимого в воде и
кислотах окисла Al203• Эта пленка преграж­
дает доступ кислороду и другим веществам­
агрессорам к поверхности металла и играет
роль маски, скрывающей :Подлинное химиче­
ское «лицо)> алюминия.
Если снять защитную пленку, например счи­
стить ее напильником под слоем ртути, то алю­
миний становится неузнаваемым, или, если
хотите, <с самим собой)>. Ведь при этом алюми:.
ний, не успев «залечить раны)>, т. е . образовать
новую пленку, лишен защиты. Дело в том,
что на амальrамированной, покрытой ртутью
поверхности пленка окисла не удерживается,
отслаивается. Если бросить такой «очищенный)>
алюминий в воду, он будет энергично вытеснятъ
из нее водород.
.
Пленку QJШСИ алюминия, защищающую ме· ­
талл от коррозии, можно «усилить)> так назы­
ваемым анодирова нием. Если при элект­
ролизе разбавленного раствора серной кислоты
в качестве анода взять алюминий, то его по­
верхность окисляется за счет выделяющегося
при электролизе к
·
ислорода. Толщина «брони)>
А1203 при этом может составлять 0,15 мм , в
то время как в обычных условиях пленка окис­
л а на поверхности металла имеет толщину
лишь 0,00001 мм .
.
М ЕТАЛЛЫ
В качестве нового конструкционного легкого
металла соперником алюминия выступил дру­
гой металл - м а г н и й. Его плотность всего
1,7. "У сплавов магния она лишь немногим вы­
ше - около 1, 8, а по механическим свойствам
магниевые сплавы приближаются к алюминие­
вым сплавам и к сталям. Rонструкторы счи­
тают, что если какие-то части из алюминиевых
сплавов заменить равноценными по прочности
деталями из сплавов магния, то конструкция
облегчится примерно на 25-30% . Но далеко
не всегда такая замена возможна. Магний
уступает алюминию в пластичности, а главное,
он более подвержен химическому разрушению
(коррозии) из-за сравнительно плохого каче­
ства его защитной пленки.
ОТ A..,JIOMHHllЯ R ТИТАНУ
Казалось, что авиация обеспечена легкими
и прочными конструкционными материалами.
Но авиация вступила в новый этап. Преодолев
«звуковой барьер)>, она вырвалась на просторы
сверхзвуковых скоростей и натолкнулась на
новый барьер - «тепловой)>. При скоростях,
в несколько раз превышающих скорость звука,
возникает сильное трение обшивки летательного
аппарата о воздух. Обшивка сильно разогре­
вается. Точки плавления обоих «Крылатыю> ме­
таллов - алюминия и магния - не так уж
низки, около 650°. Но прочность металлов силь­
но снижается при нагревании задолго до плав­
ления металла. И алюминий с магнием не
выдержали эRзамена на «тепловой барьер)> ; запас
их прочности оказался исчерпанным. И опять
вста л вопрос о новом металле, достаточно
легком и вместе с тем способном выдержать
сильный нагрев без значительного снижения
прочности.
В ваши дни таким металлом оR азался т и­
т а н. Он имеет не такую уж малую плотность -
4, 5. Однако это искупается чрезвычайной проч­
ностью металла и его сплавов, и, главное, точ­
ка плавления титана более чем на 10 00° выше,
чем у магния, и «тепловой барьер)> для него
значительно более высок.
К тому же титан не подвержен разрушитель­
ному действию даже морской воды - самой
агрессивной к металлам природной среды.
Пластинку из титана извлекали из морской
воды после многолетнего пребывания в ней
такой же блестящей, не поврежденной корро­
зией, какой она была при погружении. Ни
сталь, ни алюминиевые сплавы не : выдержали
447

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
бы такого испытания. Поэтому титан оказа.lся
счастливой находкой не только д.Тiя авиации,
но и для судостроения.
СТАРО(�ТЬ 11 l\1 0.iJO,],OCTL
META.JI.iJOD
Давайте поставим перед собой такой вопрос :
по•1ему алюминий - мета.11л замечательный
своими свойствами - людп по-настоящему ис­
пользуют лишь примерно 40 лет , титан - около
20 лет, а же.11езо слу жит .Тi юдям не менее восьми
тысячеJ1ет1 1й?
Р11с. 11.
Может быть , алюминия на земном шаре
мало? Нет. Его почти вдвое бо:1ьше , чем железа.
Правда , осн овная масса алюминия входпт в
состав алюмос11л1шатов , где относительное со­
держание а.11ю11ш ния не очень вел ико.
Выделить железо из руды уд ается срав­
нительно просто - обжигом руды с уг.'Iем.
В бокситах же, главном сырье а.11 юмин11я ,
кислород крепче удерживает алюминий. По­
этому толыю электро; шз при боJiьшой затра­
те энерги и позволил освободить серебристый
металл. Ясно, что лишь двадцатый век - век
электричества - мог стать век ом алюминия.
Нынешний соперник же.11еза - титан в
1910 г. име:1ся в научных Jiабораториях в ко­
личестве несколышх граммов. В 194i г. за
рубежом было выплавлено 2 т этого метал,1а.
А спустя 13 .Тiет производство поднялось до
350 тыс. т. Понятно, что новые металлы вызва­
ны к жизни раст ущими требованиями техн шш.
Но эти требован ия взаимны.
Чтобы титан во всю св ою мощь начал ра­
ботать в промышлен ности , нео бходимо бы.10
на учиться выде;1ять его из руды.
Вот как это делается се годня. Минерал ти­
тана - рутил восстан ав:rивают углеродом в
присутствии хJюра:
тю2 +с+2с12 � со2 + TiCl4•
4-18
Затем действием металш1ческого магн ия от­
нимают хлор и получают титан в виде губчатой
массы :
TiC\4 + 2Mg � Ti+ 2MgCJ2•
Теперь нужно мета.11л переплав ить. Чтобы не
дать ему при этом вступить в реакцию с азотом
и кислородом воздуха , процесс ведут или
в ваl\ у уме , ИJШ в атмосфере инертного газа
аргона.
Надо бы.'Iо создать аппаратуру , устойчивую
1\ действию х.т юра ; применить в промышлен­
ных масштабах вакуум и орган изовать полу­
чение больших ко.11ичеств аргона. Лет тридцать
назад о решен ии таких задач нельзя было даже
мечтать.
Титан взлетел на крыльях сверхзвуковых
скоростных самолетов. Но ведь ракеты мчат­
ся еще стремительнее ,. непрерывно растут скоро­
сти стан ков , турбин , все более жестким испыта­
ниям подвергаются материалы новой техники.
И главное испытант� - огнем. Начинаются
новые поисl\и. А что, если испытать в раб оте
соседей титана по периодической системе?
КТО Ce11IEД;t'IOЩllЙ?
Среди металлов известно несколько особо
тугоплавких (рис. 12). Самые тугоплавкие ме­
таллы сгруппированы в период ичесl\ой системе
довольно компактно (рис. 13). Из них хром,
мош1бден и вольфрам сравнительно давно ис­
по.'Iьзуются в металлургии для легирования
ста:1ей. Техно.Тiогия этих металл ов сейчас хо­
рошо известна. Но вот беда : молибден и воль­
фрам при высоl\ой температуре окисляются.
Впрочем , может быть , зто не беда , а полбеды?
Вед ь окисеJI алюмин ия или хрома , образовав­
ши iiся на поверхности металла , сJ1 ужит надеж­
ной броне й, защи щающе й мета л11 от дальней­
шего ою1сJ1ения.
Ta6..Jlflia· 'Н с1па t11 ье <•."Jl1• 111n,л .-1 1.1�).
Восхожден ие человечества к верш инам современной
науки и техники неразрывно овязано с использова­
нием металлов. : Железо , золото , медь , олово , сви"
нец , серебро были знакомы людям с глуАокой древ­
ности. Сначала медленно , ощупью , науrвд люди
ставили себе на службу металлы и их соединения .
До начала XIX в. в обиходе людей появилось око-
ло 20 металлов и их соединений , за 100 следую,
щих лет - до начала нawero века -число «ра­
ботающих» металло в увеличилось еще на t:-..
хх век стал веком алюминия , сплавов, содер­
жащих ванадий 11 вольфрам , молибден и кобальт
J..
..
.._
маrний и цирконий , веком титана. Век атом ион Jl
l"
""
знерrии не моr нс стать веком урана, тория , плу­
то ния. Все шире используются бериллий , ниобий ,
тантал , цирконий , rафний, J)('дкоземельные эле­
менты .

Н сожалению, окис­
лы молибде на 11 вольф­
рама летучи, поэтому ме­
таллы при нагревании
на воздухе буквально
та ют. Нроме того, воль­
фрам очень тяжел.
Есть много основа -
н ий считать, что наибо­
лее перспективные ме­
таллы будущего - н и -
о бий вместе со своим
б.11изнецом-танта-
лом.
Оба эти металла еще
бо.'lее стойки к корро­
зии, чем тита н. Правда,
и ниобий и тантал при высокой температуре
окис.'lяются. Но сплав этих двух металлов
отлича ется повышенной устойчивостью к
окис.1е нию .
Очень интересна история редких металлов­
близнецов-циркония
и
гафния.
Они все гда встречаются в природе вместе, но в
течение полутор аста лет никто об этом не
подозревал, настолько похожи химические свой­
ства этих металлов. Примесь гафния, как тень,
всюду следовала за цирконием, вступа я в те
же реа к ции, что и «главный» металл.
Эта близость стан овится понятной, если
учееть, что оба «близнеца» имеют одинаковую
структуру внешних электронных оболочек и
совершенно одинаковый радиус атомов.
Отделить цирконий от г афния очень труд­
но . Но ведь технологические свойства обоих
металлов одинаково хороши, поэтому оба ме­
тадла использовали совместно. В са мом деле,
имеет ли смысл разделять «близнецов», желая
за тем получить их карбиды, если один из этих
карбидов плавится при 3550°, а другой - при
3887°?
И все-та ки пришлось научиться разлучать
нера злучных. Этого настоятельно потребов ала
еще одна новей шая отрасль техники - атом­
ная промы шленность. Цирконий оказался хоро­
шим материалом для оболочки урановых стер ж­
ней - сердца атомного реактора. Важн о здесь
не только то, что цирконий прекрасно сопро­
тивляется коррозии, но и то, что он почти не
поглощает н ейтронов. А гафний, наоборот, жад­
но поглощ ает нейтроны. Ведь это свойство свя-
41
11
11
Ценные технодогические свойства , практически
� неисчерпаемые запасы в природе дедают адюм иний
Мt>та.ыом сегодняшнt"rо и аавтр аwнеrо дня.
о29д.э. т. з
1
МЕТАЛЛЫ
Рис. 12.
зано не со строением эле нтронных оболочек,
а со структурой атомного ядра . А она -то у этих
«близнецов» различн а!
Развитие атомной энергетики заста вило
орга низовать в больших промышленных ма с­
шта бах получение таких ранее почти не
исподьзовавшихся металлов, как ниобий, тан­
та л, иттрий, бериллий.
Обычное пон имание слова «редкий» подс ка­
зывает нам, что, по-видимому, это металлы,
которых в природе ма ло . Но это не та к. «Ред­
кий» металл бериллий распростр анен в приро­
де больше, чем всем известная ртуть, а «редко­
го» молибдена лишь в полтора раза мен ьше, чем
обычного свинца. Значит, дело не только в
распространенности . Относя тот или иной
мета лл к разряду «редких», приходится учиты-
Рио. 13.
440

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Рис. Н. Редкие металлы­
бJ1
11
аиецы - цирконий и
гафний - имеют од инако­
вую структуру виеwиих
электронных оболочек 11 со­
вершенно одинаковый ради­
ус атомов; поэтому они так
похожи друг на друга.
Рис. 15. Циркон ий почти нс
поглощает нейтроно в, а га­
фний, наоборот , жадно'их
глотает.
вать , встречается ли этот металл в значительных
скоплениях минер алов, легко ли его выделить
из этих минералов , нужен ли он сегодняшней
технике в чистом виде или в соединениях.
Ясно, что различие между «редкими)) и
<щбычными» металла ми очень условно. Вспомни­
те , как быстро стал обычным металлом еще срав­
нительно неда вно «редкий)) алюминий, :как стре­
мительно уходит из семьи «ред:ких)) титан. На
очереди бериллий , цирконий , тантал, ниобий".
Но есть ряд элементов, в отношении кото­
рых все ученые единодушно голосуют за наз­
вание «редкие» : галлий, германий ,
таллий ,
индий , рений...
. Эти металлы почти не имеют
своих минер алов , не образуют собственных ме­
сторо ждений , а встречаются в природе лишь
иак незна чительная примесь :к рудам других
металлов. Добывают их также в незначительных
количествах.
Та их особенность , что они встречаются
почти повсеместно , хотя и в ничтожных коли­
чествах, отражена в другом «титуле)) - рассеян­
ные элементы. Трудно прибрать к ру:кам рас­
сеянные элементы , но сделать это становится
нас'l'Ойтельной необходимостью . И прежде всего
это :касается германия .
�ЛЕМЕНТПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ
ТЕХНИКИ
Вплоть до тридцатых годов учебни:ки писа ­
ли о предсказанном Менделеевым и от:крытом
460
Винклером г е р м а н и и довольно единодуш­
но: «практического применения не имеет».
Виной тому было своеобразие промежуточ­
ного поло жения германия в пер иодической си­
стеме: от неметаллов он как будто ушел , а к
металлам не пришел - н е проводник и не изо­
лятор , тверд , но хрупок. Иак будто ничего ин­
тересного.
Сейч ас герма ний - ва жнейший элемент по­
лупроводниковой техники. Но трудно н а йти
другой пример , когда на пути исследователей
стояло бы столько, �-;аза лось бы , непреодоли­
мых трудностей. В земной :коре германия со­
дер жится лишь вдвое меньше , чем свинца. Од­
нако для этого элемента слова «В земной коре»
следует понимать совер шенно буквально: в
ничтожных количествах он содержится во вс ех
без исключения горных породах.
В резуJiьтате долгих поисков удалось найти
способ получать германий в качестве побочно­
го продукта пр и переработке цинковых руд
или, как это ни странно, из золы и сажи угле­
перер абатывающих заводов. Ита к, источник гер­
мания был найден , но трудности только начи­
нались.
Давно известно, что у каждого элемента
только ему присущая темпер атура плавления,
теплопроводность и другие физические свойства .
Рис. 16. Германий стал важнеilш11м элементом полупровод­
никовой техн ики.
Но германий ника к не хотел подчиняться это­
му закон у: электропроводность различных его
образцов ока залась настолько различной, что
это приводило исследователей в отча яние.
Выяснилось , что все дело было в незначи­
тельных приме с я х , которые содержались
в металле и :коренным образом сказывались
на его свойствах.
Иак нельзя лучше к германию подходят
меткие слова А. Е . Ферсма на : «Истинные за­
коны - великие законы природы - обычно на-

чинаются за третьим десятичным знаком: - в
тонких мелочах строению>. Добавим к этому,
что за 6-7-м десятичным знаком начинаются
чудеса - те чудеса, которые входят сегодня
в наш быт миниатюрными приемниками и теле­
визорами, а в науку и технику - великолепными
прпборами. . .
Но чтобы эти чудеса стали воз­
можными, пришлось научиться очищать гер­
маний до невероятной чистоты - 99 ,99999999 % !
Для этого не годился ни один из прежде из­
вестных методов очистки. Пришлось разрабаты­
вать принципиально новые способы. Одним пз
таких способов, например, стала зонная плавка
(см. ст. «Полупроводники»).
Сейчас в периодической системе почти не
осталось элементов, которые не находят себе
пр именения, и круг их «профессий» с каждым
днем становится все шире. «Новые» металлы за­
нимают прочные позиции в технике.
Исследования продолжаются, и, как знать,
может быть, «старые», давно известные металлы
еще откроют нам свои до сих пор неизвестные
РЕДRИЕ ЗЕ МЛИ
особенности, свойства. В наш век пластмассы
приходят на смену металлам в таких областях,
где еще вчера металлы считались незаменимы­
ми, - в машиностроении. Но это не значит, что
век металлов кончился. Металлы остаются не­
заменимыми всюду, где от материала требуется
высокая электропроводность, высокая тепло­
проводность, высокая жаропрочность, соеди­
ненная с пластичностью. Пластмасс, способных
длительно выдерживать температуру в сотни
и тысячи градусов, мы еще не знаем. Современ­
ная наука и техника по-прежнему немыслимы
без металлов. И машиностроение, и строи­
тельное дело, и транспорт, и атомные электро­
станции, и космические ракеты - все они нуж­
даются в металлах. Вот почему в наших планах
развития народного хозяйства наряду с очень
высокими темпами роста выпуска пластмасс пре­
дусматривается быстрое увеличение производ­
ства черных и особенно цветных металлов -
алюминия, редких металлов и их жаро прочных
сплавов .
•
РЕДКИЕ ЗEM.JID
В 1964 г. исполнилось 170 лет со дня одного
выдающегос.я события. Ни один календарь, ни
одна статья в научном или популярном журнале
не отметили этой даты. Но в исторической
летоппсп науки 1794 год должен занимать почет­
ное место.
Сто семьдесят лет назад финский химик
Юхана Гадолин открыл новый элемент, кото­
рый был назван иттрием. С него началась уди­
вительная история не менее удивительного
семейства элементов, которое раньше называли
редкими землями, а теперь именуют редкозе­
мельными элементами,
или
лантаноидами.
Сам иттрий в это семейство не включают, од­
нако по своим свойствам он близок редкозе­
мельным элементам и в природе встречается
вместе с ними.
Химики
прошлого называли «землямш>
окислы некоторых элементов - кальция, маг­
ния, бария. Окислы тех элементов, о которых
пойдет речь, обладали многими свойства­
ми «земелм. И, кроме того, их редко нахо­
дили в природе. Отсюда и название «редкие
землш>.
В Х IX в. редкие земли принесли ученым
столько огорчений и разочарований, сколько
29•
не дали все остальные элементы, вместе взятые.
Хорошо сказал об истории редких земель фран­
цузский химик Жор ж Урбэн: «Это было море
ошибок, и истина в нем тонула...»
«Гроссмейстер химии» прошлого века швед
Иене Берцелиус в 1803 г. открыл вторую ред­
кую землю - цериевую. Иттрий и церий встре­
чались в одних и тех же минералах и были
очен ь похожи друг на друга. Этот факт оказал­
ся своеобразным намеком на грядущие трудно­
сти, Rоторые ждали исследователей редких зе ­
мель. На деле иттрий и церий оказались сме­
сями элементов.
В 1839 г. ученик Берцелиуса Карл Мосан­
дер выделил из церия две новых «земли» -
.пактан и дидим. Через три года он нашел,
что иттрий тоже
смесь элементов. Тер­
бий и эрбий пополнили список редких зе­
мель. В нем зJ'lачилось теперь шесть представи­
телей. И все они напоминали друг друга, слов­
но братья-близнецы. Такого не было среди дру­
гих известных элементов. Так родилась пробле­
ма редких земель - самая запутанна я пробле­
ма неорганической химии.
Ученые по-разному пытались отличить их
друг· от друга. Но это оRазалое ь очень трудно.
45.t

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Ведь все они давали одинаковые химические
реакции. Их пытались различать по окраске,
но цвет их часто менялся в зависимости от спо­
соба получения и чистоты «земелм. Пытались
распознать иттри:I по сладковатому вкусу его
солей, но этот метод даже тогда вызывал у уче­
ных усмешку.
Наступает 1860 г. , и немецкие ученые Кирх­
гоф и Бунзен дают в руки исследователей чу­
десный способ анализа - спектральный анализ.
Каждый элемент имеет свой характерный
спектр, и с помощью этой «визитной карточки»
любой элемент можно отличить на фоне других.
Каждая редкая земля получила теперь свой
опознавательный знак, и химики, которые
изучали редкие земли, почувствовали, наконец,
облегчение.
Но спектральный анализ оказался для на�ки
о редкоземельных элементах чем-то вроде ми­
фического троянского коня. В нем таилась
опасность, о которой ПОl\а еще ученые и не подо­
зревали.
Дмитрий Иванович Менделеев сразу почув­
ствовал угрозу для своей периодической систе­
мы со стороны редких земель. Пока их было
всего шесть. Слишком мало по сравнению с тем,
сколько мы знаем их теперь. Слишком много
для того, чтобы удачно разместить их в таблице
Менделеева. Все они были трехвалентны, все
стремились в третью группу системы, но она
могла предоставить редким землям всего одно
место . Менделеев думал, что пока они плохо
изучены. И когда ученые лучше с ними позна­
комятся, каждая редкая земля получит свое
отдельное место в таблице. А спустя тридцать
пять лет автор периодического закона с огорче­
нием писал, что в отношении редких земель
его личное мнение ни на чем определенном не
остановилось.
И не мудрено . Ибо с середины 70-х годов в
области редких земель возникает то «море
ошнбою>, о котором говорил Урбэн. Спект­
ральны й анализ оказался слишком капризным
методом. Часто он обнаруживал истину там, где
ее не было, новые элементы , даже когда их на
деле не существовало. И все потому, что малей­
шие примеси других веществ искажали картину
спектров. И, как в кривом зеркале, ученые виде­
ли не то, что было в действительности. Обрат­
ная сторона медали приносила беды исследова­
нию редких земел ь.
За каких-то тридцать лет сто раз провозгла­
шалось открытие новых редкоземельных эле­
ментов. И только восем ь раз эти открытия не
были ошибочными. Как снежный ком , росло
462
число редких земель. Сколько их - десят ь,
пятнадцать, двадцать . -
или им вообще нет
числа? И все они похожи друг на друга. Если
редкие земли в самом деле элементы, то как
располагать их в таблице Менделеева? А может
быть, эта таблица и неправильна. Лжеэлементы
со звучными названиями - викторий и дагма­
рий, деципий и космий и многие другие -
были словно пороховыми зарядами, грозивши­
ми подорвать стройное здание периодическо й
системы.
И потребовался поистине титанический труд
химиков, чтобы выловить истину из «моря оши­
бою>. В начале ХХ в. химики установили, что
в действительности существуют уже по крайней
мере пятнадцать редких земель.
Это были наши старые знакомые лантан и
церий, тербий и эрбий. Дидим оказался смесью
элементов. В 1879 г. француз Лекок де Буабод­
ран извлек из этой смеси первую «составляю­
щую» - самарий, а через шесть лет австриец
Ауэр фон Вельсбах разделил остаток на два
новых элемента - неодим и празеодим. А от
эрбия и тербия ученым удалось отделить не­
известные раньше элементы : от первого - голь­
мий, тулий и иттер бий ; от второго - диспрозий
и лютеций. И в честь Гадолина одна из действи­
тельно открытых редких земель была названа
гадолинием. Редкоземельным оказался также
и европий.
Один представитель этого семейства - про­
метий - пока не обнаружен в земной коре .
Ученые получают его искусственно, путем ядер­
ного синтеза (см. ст. «Рождение, жизн ь и смерть
химических элементов»).
Почему все редкоземельные элементы так
похожи друг на друга? Ответ дали физики .
Они показали, что две наружные электронные
оболочки у атомов редкоземельных элементов
устроены одинаково. А ведь химические свой­
ства элементов как раз зависят от строения внеш­
них электронных оболочек. Если оболочки оди­
наковы, то и химические свойства очень близки.
Своеобразие свойств редкоземельных элемен­
тов нашло отражение в периодической системе.
Все пятнадцать элементов-близнецов (лантан и
14 лантаноидов - от церия до лютеция) по­
мещают теперь в третью гру:uпу таблицы Мен­
делеева, в клетку лантана (см. ст. «Великий
закон»).
Когда редкоземел ьными элементами заня­
лись геохимики, то обнаружилась любопытная
вещь. Редкие земли оказались отнюд ь не такими
уже редкими, как это представлялось многим
поколениям ученых. Судите сами : запас ы ред-

коземельных элементов в земной коре в два
раза превышают запасы олова, в 10 - свинца,
в 320 - сурьмы, в 1600 - серебра, в 2500 раз­
ртути и в 320 0 раз - запасы золота. Словом, ред­
коземельного сыр ья в недрах нашей планеты
достаточно много.
А как же они используются на практике?
Долгое время редкоземельные элементы,
составляющие 20 % всех известных на Земле
металлов, оставались не у дел. Требования но­
вой техники положили конец этому неоправдан­
ному забвению. Ныне трудно назвать область
человеческой деятельности, где бы не участво­
вали редкоземельные элементы. Каждый год во
многих странах устраиваются съезды и конфе­
ренции, специально посвященные им. О них
ежегодно выпускаются сотни научных статей
и книг.
Редкоземельные металлы отличает высокая
химическая активность. С другой стороны, они
закипают при высоких тем пературах. Эти две
особенности делают их всегда ценными добавка­
ми, входящими в различные стали и чугуны.
Они легко входят в состав сплавов и удаляют
из сталей вреднейшие примеси - серу, азот,
кислород, фосфор. Тем самым значительно у.тrуч­
шаются качества сталей. Всего лишь десятые
доли процента так называемого мишметалла
(смешанного редкоземельного металла, состоя­
щего в основном из церия) придают стали до­
полнительную жаропрочность, значительно об­
легчают ее обработку и делают ее гораздо более
стойкой против коррозии.
Экономисты весьма удовлетворены тем эф­
фектом, который произвело внедрение редко­
земельных элементов в выплавку стали. Ученые
недаром считают вмешательство редкоземельных
металлов самым выдающимся успехом в ста­
леварении за последние 50 лет.
Содружество редкоземельных элементов с
магнием сделало ценнейшие прочные магниевые
сплавы еще более ценными. Резко подскочил·
температурный потолок службы сплавов на ос­
нове магния. Теперь эти сплавы, «усиленные»
редкоземельными металлами, применяются для
отливки деталей сверхзвуковых реактивных
самолетов, управляемых снарядов и оболочек
искусственных спутников Земли.
Широко применяют редкоземельные элемен­
ты в силикатной промышленности. Они сообща­
ют стеклам самую разнообразную окраску.
Они же придают стеклам высокую прозрач-
РЕДКИЕ ЗЕМ ЛИ
ность, не позволяя им желтеть и мутнеть
под действием ультрафиолетовых лучей солн­
ца, рентгеновского или гамма-излучения, а
на такие стекла современная техника предъяв­
ляет огромный спрос. Редкоземельные элемен­
ты используются при варке специальных
оптических стекол, для астрономических и
спектроскопических приборов. Сверхпрочные
стек.тrа , светочувствительные стекла, стекла с
высокоt электропроводностью, с большим по­
казателем преломления - вот ассортимент из­
делий, которые не обходятся без редкоземел ьных
добавок. А смесь редкоземельных окислов оказы­
вается наилучшим абразивом (полирующим по­
рошком) в весьма ответственном процессе по­
лировки стекол. Уже появился термин : редк о­
земельная керамика. Она оченьнужна
при. изготовлении специальной радиотехниче­
ской аппаратуры.
...Работает ядерный реактор, и безаварий­
ность его работы обеспечивают редкоземельные
элементы. Их роль заключается в следующем.
От управляемой ядерной реакции до ядерного
взрыва, образно говоря, один шаг. Как только
количество свободных нейтронов превысит �>ри­
тическое значение, наступает мгновенное рас­
щепление всего ядерного горючего. Ну жны
«тормоза» _.
.;,
,,.
специальные регулирующие стерж­
ни. Их задача - поглощать избыток свободных
нейтронов. Редкоземельные элементы европий
и гадолиний - великолепные поглотители. Их
ядра поглощают нейтроны с жадностью, не свой­
ственной другим элементам.
Редкоземельные эле�енты входят в состав
керамических и огнеупорных материалов, при­
меняемых в ядерных реакторах. Соли этих эле­
ментов участвуют в сложном технологическом
процессе отделения п.тrутония, накапливающе­
гося при работе реактора, от оставшегося
урана.
Радиоизотоrrы редкоземельных элементов, та­
кие, как прометий-147 , тулий-170, церпй-144
и европий-150, занимают видное место среди
применяемых на пра�<тике радиоактивных изо­
топов.
Редкоземельные э.тrементы и их с:юдиненпя -
превосходные катализаторы. Эти элементы ис­
пользуются в радиотехнике и электронике, в
медицине и пищевой промышленности, в тек­
стильном и лакокрасочном деле... Практической
деятельности редкоземельных элементов посвя­
щаются ныне специальные большие книгп.
•

НРЕВРАЩЕНИН l!ЕЩЕСТВА
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ВОКРУГ НАС
CR0.:1ЬRO ИХ?
Орга ничес.1шх веществ в настоящее время
известно около двух миллионов, и число это
непрерывно растет. Каждый год синте:шруют
или ОТI\рывают в природе свыше 90 тысяч новых
орга нпчес:ких соединений.
Десятки тысяч химиков органи:ков-синте­
ти:ков в тысячах лабораторий мира - в универ­
ситетах , учебных институт ах , :колледжах , в
высших технических школах , в научно-исследо­
вательских институтах, в многочисленных хи­
мических лабораториях фабрик и заводов, в
центральных лабораториях промышленных фир!'tf­
заняты изысканием
новых
органических
веществ. Результаты этих работ публикуются
в научных журна лах , патентах и авторских
свидетельствах на изобретения.
С каждым rодом рас­
тет поток информа­
ции о но вых орrани-
ческих веществах.
Огромный поток сведений о новых органи­
ческих веществах ежегодно систематизируется
в реферативных журналах, сводится в :карто­
теки, в формульные и предметные указатели,
заполняет справочнюш.
Известный справочник по органической хи­
мии, основате.1ь :которого русский а:кадеми:к
Федор Федорович Бейльштейн , был пздан
в 18�2 r. 11 двух больших том ах. В нем содержа-
лись сведения обо всех известных тогда органи­
чес:к их веществ ах. В наши дни немецкое химиче­
ское общество продолжает выпуск 4-го издания это­
го справочника. Выпущено уже более ста таких
томов , а литература по орга ническим веществам
охвачена только до 1949 г. , и издание еще не
закончено. Теперь уже ясно, что :количество
сведений о новых органических веществах воз­
растает та:к стремительно, что охватить их спра­
вочной литературой скоро станет невозможно .
Хими:ки-органи:ки первые в науке предложили
привлечь электронные вычислительные машины
для «запоминанию> справочных данных. Сейчас
идут интен сивные исследования по :конструи­
рованию и использованию электронных запо­
минающих машин.
Нас:коль:ко это важно , видно из того , что уже
сегодня годовой :комплект реферативного жур­
нала «Химия» занимает полку длиной в метр.
Через десять лет это будет два метра , через двад­
цать - четыре, а через пятьдесят лет такой
:комплект займет 32 метра полок. Пользоваться
такими справочниками станет невозможно.
Среди информации по химии значительное ме­
сто занимают сведения о новых органических
веществах.
Новые органические вещества родятся в
научных лабораториях; главная масса нх та:к и
не выходит из лабораторий. Однако многие
вещества - тысячи и десятю1 тысяч - пере­
даются на фабрики и заводы , где их изготовляют
в очень больших :количествах. Один вещества,
:ка:к например органическое азотное удобре­
ние :карбамид , производятся на завод ах в мил·
лионах тонн , другие изготовляются совсем в не-

ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ВОКРУГ НАС
бо;�ьших Rоличествах - деснтю1 или сотни
ки:юграммов в год. Но все они нужны, и органи­
чес1ше вещества можно встретить всюду: на за­
водах и в Rолхозах, в бо.т
т
ьницах и на стаj];ио­
нах, в жилых домах и в палап\ах полярников,
в бнб.;�:иотеках и в обсерваториях...
IIOЧEJIY llX Т .АН l\IHOГO?
Органнчес1ше вещества - это разнообраз­
ные соединення углерода с другими элементами,
и прежде всего с водородом, Rислородом,
азотом, фосфором. Многообразие органичесRих
веществ - следствие особых свойств углерода,
что и выделяет его среди всех других элементов
пер11од11чес1\оii системы Д. И . Менделеева. Угле­
род находится в четвертой группе периодиче­
с�-;ой с11сте111ы; во внешней электронной оболочке
ато�1а углерода четыре э:1ектрона, поэтому угле­
род четырехвалентен и легно образует прочные
х11м11чес1•ие соединения I\aR с эJ1ементам11, лег­
ко отдающ11м11 свон валентные электроны (во­
дород), так и с элементами, легко принимаю­
щим 11 элеr•троны в свою внешнюю валентную
сферу (ю1слород илн хлор).
Но одно это свойство не могло бы обеспеч11ть
все �шогообразие органичесRих веществ, еслн бы
:.
·
.
..
не способность углерода соединятьсн... с са-
мим собой и создавать таким образом цепи
атомов. Эти цепи могут быть Rоротю111ш - из
двух, трех, четырех атомов, но могут быть и
очень дшшньши - НЮ ООО атомов и больше.
На11р11мер, 111оле1•улы не1юторых видов полиэти-
лена содержат в среднем в цепи оRоло 150 OUO
атомов углерода. Вещества с очень длинными
цепямиатомов называются полимерами
(см. ст. «Полимеры»).
Цепи атомов углерода могут быть линейны­
мн (нормальными), вRоторыхвсеато­
мы, соединенные в цепочку, располо;кены под­
ряд,номогутбытьиразветвленными;
они могут образовывать нольца, сетки, разно­
образные пространственные фигуры. Цепи
могут составляться не толЬRо из атомов угле­
рода, но в них могут включаться в разных
местах атомы других элементов - Rислорода,
азота, серы. Разнообразие цепей, которое мож­
но составить нз атомов углерода и других эле­
ментов, попстнне безгранично.
Однако это еще не все! Мы говорили тольRо
о цепях из атомов углерода, пусть с включением
атомов других элементов. Но ведь при образо­
вании цепи атом углерода использует толыю
две свои В.iJ.Лентности, а их у цего четыре (лишь
ЦЕПИ АТОМОВ УГЛЕРОДА:
нормальные
разветвленные
кольчатые (ц11клическ11е)
ИВОl'ОIСОЛЬЧат ые.
455

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
в местах разветвления цепей углерод исполь­
зует три или даже все четыре валентности).
В линейной цепи у каждого атома углерода
остаются еще две валентности, а у атомов, рас­
по;юженных с краю цепи, даже три валентности,
которые могут быть использованы для соеди­
нения с атомами других элементов, прежде все­
го с атомами водорода. Тогда получаются раз­
нообразныеуглеводороды:
нн
11
Н -С -С-Н
11
СН3-СН2-СН3
СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН3
нн
С нормальными цепями
С разветвленными цепями
1\ольчатые
Миоrоно11ьчатые
Вместо атомов водорода в различных местах
цепей могут быть также атомы кислорода, азо­
та, серы... Получаются разнообразные кисло­
родные, азотистые, сернистые п р о и з в о д­
н ы е углеводородов. Таким образом, великое
разнообразие цепей углеводородов, т. е. цепей из
атомов углерода, обрамленных атомами водоро­
да, еще умножается на великое разнообразие
производных, которые различаются характером
атомов, замещающих водород, и их расположе­
нием в цепи.
И это еще не все причины разнообразия ор­
ганических веществ! Атомы углерода могут
соединяться друг с другом не одной, а двумя или
тремя валентностями. Тогда между ними возни­
каютдвойные и тройные связи.
СН2=СН2 СН2=СН-СН3 СН := СН
эти.'!ен
прош1лен
ацет11лен
Эти кратные связи могут быть расположены
в различных местах цепей или колец. В неко­
торых случаях при этом образуются особенно
прочные группы атомов, как например в б е н­
з о л е, где шесть атомов углерода связаны
18 валентностями, образуя шесть так называе­
мыхароматических связей(название
«ароматический» сложилось исторически, так
как некоторые представители этого класса сое­
динений обладают приятным ароматом). Осталь­
ные шесть валентностей атомов углерода сое­
динены с водородом. Часто (но неточно) бензол
изображают с тремя простыми и тремя двойны­
ми связями между атомами углерода.
сн
,/'",
нс
сн
1
11
нс
сн
�/
сн
бензол
сн сн
,/'"'/�
нс
с
сн
1
11
1
нс
с
сн
�/"'f"
сн .сн
нафтадин
Наконец, разнообразие органических веществ
увеличивается еще и оттого, что они могут раз­
личаться пространственным расположением ато­
мов, как например двукольчатые углеводо­
роды, так называемые цис-декалин и
траис-д екалин. Два шестичленных коль­
ца в этих веществах соединены друг с другом
по-разному, и пространственно эти молекулы
сильно отличаются одна от другой.
Количество органических веществ безгра­
нично. Одних только разных углеводородов
состава С20Н42 может быть 366 319, и ясно, что
те два миллиона органических соединений, ко­
торые нам известны сегодня, - это ничтожная

ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ВОКРУГ НАС
часть возможных , даже прос­
тых, органических соединений.
.Цис-декалин и щранс-декалии (справа).
Вот мы ответили на вопрос,
почему известно т ак много ор­
ганических веществ. Ответ по­
лучился неожиданный. Извест­
ных нам органических веществ
совсем немного, а возможное
число их бесконечно. И надол­
го еще хватит работы химикам­
органик ам всего мира по соз­
данию новых органических ве­
ществ.
Для чего же нужны органи­
ческие вещества? Какую роль
они играют в природе и зачем человечество не­
устанно умножает число известных органиче­
ских веществ?
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
в живоП ПРИРОДЕ
Орга нические вещества лежат в основе всей
живой природы. Растения и животные, микро­
организмы и вирусы - все живые существа
состоят из огромного количества различных ор­
ганических веществ и сравнительно неболь­
шого числа неорганических. Именно соединения
углерода, благодаря их великому разнооб­
разию и способности .к многочисленным химиче­
с.ким превращениям, явились той основой, на
.которой возникла жизнь во всех ее проявле­
ниях. Для этого потребовались очень сложные
органичес.кие веществ а, молекулы которых со­
держат цепи из многих 'l'ысяч атомов, т. е. по­
лимеры. Та.кие полимеры называ ют б и о п о­
л имера ми.
Прежде всего это б е л к и - носители жиз­
ни, основа живой клетки. Сложные органиче­
с.кие полимеры - белки состоят главным об ра­
зом из углерода, водорода, .кислорода, азота и
серы. Их молекулы образованы соединением
очень большого числа простых молекул - так
называемых а мино.к и с л от. Аминокислот
около двадцати, но соединяются они друг с дру­
гом в различном сочетании, строго характер­
ном и постоянном для каждого белка , каждого
органа, каждой ткани, каждого вида живых
существ. А так как длина белковых молекул
может быть очень велика - до несколь.ких де­
сятков тысяч отдельных аминокислот в цепи,
то становится ясно, каким образом именно белки
обеспечива ют разнообразие проявлений жизни.
Существует очень много разных бел.ков.
Есть белки о п о р н ы е, назначение которых
формировать скелет, по.кровы и другие опоры
организма. Такие белки вх одят в состав костей,
образуют хрящи, .кожу, волосы , рога, копыта,
перья, чешую· рыб. Есть опорные белю�, обра­
зующие мышцы и несущие не только опорные,
но и сок ратительные функции. Сокращение
мышц (важнейш ая роль бел.ков этого типа) -
это превращение части химичес.кой энерпш
таких белков в мех а ническую работу. Есть бел­
.
кн крови с самыми разнообразными функциями.
Гемоглобин крови, например, служит разнос­
чиком кислорода по организму. Очень большая
. ··--­
..
.·-··.
:::
:
:::::::::-
. ··---
�=�с"" Нч1 1,1
.:::-
. 11-е-и
- ---
1'
'
ll·r(-11 M·C·ll н-� -11
:;:;:-=-
\1\1"�\11�1t
"
�
··-
м-С!-с:-с:-е-�с:-�-с.- с-11
мt\� н1�и 11� �
H�-t-11 - •
··-·----
111�
11
: ::::=--
\1-t�-м
При шлось бы затратить много лет жизни том у, кто захот�л
бы написать теоретически возможные формулы всех изомеров
ОДНОГО ЛИШЬ сравнительно npocтoro углеводорода - С20Н".
457

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Бел ки сокращают мы шцы, превращают химическую энергию
в механическую. Справа белок крови - гемоглоби н - раз­
носит кислород по всему организму челонека.
группа белков регулирует химические реакции
ворганизмах.Этоферменты(биологи-
ческие катализаторы).Ихизвестно
более семисот. Высокоразвитые оргаНИЗJ\fЫ
умеют вырабатывать еще и защитные белки, так
называемые антитела, которые способны осаж­
дать и тем обезвреживать проникшие извне в
организм посторонние вещества и тела.
Наряду с белками важнейшую роль в жизни
играютнуклеиновые кислоты.Эти
вещества строят белки. В живом организме
всегда происходит обмен веществ. Постоянно
обновляется состав почти всех его клеток. Об­
новляются и белки клеток. Но ведь для каж­
дого органа, для каждой ткани нужно изгото­
вить свой специфический белок, со своим
неповторимым порядном аминокислот в цепи.
Хранители этого порядка-нуклеиновые кислоты.
Это тоже полимерные молекулы, сложно построен­
ные, часто в виде двойной спирали из атомов.
Нуклеиновые кислоты являются своего рода
шаблонами, по ноторым организмы строят свои
бе.r
r
ки. Часто образно говорят, что в них записан
код синтеза белка. Для наждого белка - свой
1;од, свой шаблон. У нуклеиновых кислот есть
еще одна функция. Они шаблоны и для самих
нуклеиновых кислот. Это своето рода «заломи-
В нашем организме вырабатываются защитные бел ки - анти­
тел а. Они охраняют здоровье человека.
-1-58
лающее устройство», при помощи которого каж­
дый вид живых существ передает из поко­
ления в поколение коды построения своих
белков.
Опорные функции в живой природе выпол­
няют не толwо белки. В растениях, например,
опорные, скелетные вещества - целл юло­
за илигнин.Этотожеполимерныевеще­
ства, но совсем другого типа. Длинные цепи
атомов целлюлозы построены из молекул гл ю­
козы, относящейся к группе сахаров.
Поэтому целлюлозу относят к пол и с а х а-
р и д а м. Строение лигнина до сих пор окон­
чательно не установлено. Это тоже полимер,
по-видимому, с сетчатыми молекулами. А у на­
секомых опорные функции выполняет хитин­
тоже полисахарид.
Есть большая группа веществ (жиры, сахара
или углеводы), которые переносят и запасают
химическую энергию. Они являются запасным
строительным материалом, необходимым для
образования новых клеток (см. ст. «Химия пи­
щи»). Множество органических веществ в живых
организмах играет роль регуляторов жизнеде­
ятельности (витамины, гормоны). Одни регу­
лируют рост и деление клеток, другие - дыха­
ние или пищеварение, третьи - деятельность
нервной системы и т. п. В живых организмах
содержатся еще многочисленные вещества са­
мых разнообразных назначений: красящие,
которым мир цветов обязан своей красотой, па­
хучие - привлекающие
или отпугивающие,
защищающие от внешних врагов, и много дру­
гих. Растения и животные, даже каждая отдель­
ная клетка, представJ1яют собой очень сложные
лаборатории, в которых возникают, превра­
щаются и разлагаются тысячи органических
веществ. Многочисленные и разнообразные хими­
ческие реакции протенают в этих лабораториях
в строго определенной последовательности.
Создаются, растут и отмирают сложнейшие
струнтуры...
Мир органических веществ окружает нас,
мы сами состоим из них, и вся живая природа,
с которой мы ежесекундно сталкиваемся, среди
которой мы живем и которую мы постоянно ис­
пользуем, состоит из органических веществ.
ЧЕ.ЛОВЕК И ОРГАНИЧЕСКИЕ
ВЕIЦЕСТВА
Органические вещества известны человеку
с глубокой древности. Прежде всего это при­
родные органические материалы растительного

или животного происхождения, из которых чело­
век делал свои орудия и другие предметы. Из
:кожи изготовлялись обувь и одежда, шерсть
домашних животных или растительные волокна
шли на изготовление тканей, древесина служи­
ла топливом и одновременно материалом для
изготовления орудий. и постройки жилищ. На­
конец, пища - ведь она вся растительного или
животного происхождения и состоит главным
образом из органических веществ. Первобыт­
ный человек использовал естественные органи­
ческие материалы в том виде, в каком находил
их в природе, придавая им лишь нужные раз­
меры и форму и соединяя отдельные части.
Природные органические материалы обычно
представляют собой сложные смеси разных ве­
ществ и лишь в редких случаях более или менее
отдельные чистые вещества. Например, волокно
;хлопка состоит почти из чистой целлюлозы.
Однако уже сравнительно давно человек научил­
ся выделять из природных материалов отдель­
ные полезные ему вещества и превращать одни
вещества в другие. Таков был уксус древних -
водный раствор уксусной кислоты (приправа
к пище), винный спирт (по-латыни «спиритус
впнщ - дух вина). Брожение сахаристых соков
с образованием спирта было известно всем
древним народам: древние греки и все народы
Малой Азии знали виноградное вино, египтяне
и древние германцы - пиво, а древние славяне -
мед (напиток из меда). В Азии и Африке издрев­
ле было известно крашение тканей и кожи при­
родными органическими красителями. С неза­
памятных времен применяли настойки и экст­
ракты для враче11ания.
?нания веществ и их превращений постепен­
но расширялись и углублялись, и к XVIII в.
они слились в науку химию. Мы считаем нача­
лом научной химии XVIII в.,
потому что
только в это время великие химики - М . В . Ло­
моносов в России и А. Лавуазье во Франции -
поставили химию на строгие количественные
основы. В химических лабораториях стали при­
менять точное взвешивание веществ. Однако
и в тот период человечеству еще не был известен
органический синтез, т. е. искусственное полу­
чение определенных органических веществ из
простейших исходных соединений, хотя люди
уже умели перерабатывать одни вещества в
другие.
В 1856 г. английский химик Перкин получил
первый синтетический органический краси­
тель-мовеин. Эта пурпурная краска
образовалась при окислении неочищенного а н и­
л и н а. Он сразу оценил практическое значение
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ВОКРУГ НАС
Древний человек 11спользо11ал органические 11сщества
в том виде, в каком находил 11х в природе.
своего открытия. Ведь анилин можно было по­
лучить из бензола по способу, открытому не­
задолго до этого руссним химиком Н. Н . Зи­
ниным,- восстановлением нитробензо-
л а. А бензол уже тогда умели получать из
каменноугольного дегтя - отброса производ­
ства светильного газа из угля. Начиная с 1814 г.
этот способ освещения городов светильным га­
зом быстро распространился из Англии на
континент и... столь же быстро стали расти
груды неиспользованного отхода - дегтя, ко­
торый в лучшем случае применялся для обмаз­
ю1 стен или KaI\ плохое топливо. Перкин запа­
тентовал свое от:крытие и уже в следующем году
стал производить мовеин фабричным путем.
В то время химики знали много хороших
:красителейдлятканей:индиго, ализа­
рин, кошениль,. различныесортасан­
д а л о в. Одна:ко все это были дорогие вещества.
Пре:красный алый краситель - кошениль до­
бывалась в Мекси:ке; она представляет собой
вы'сушенные и измельченные тела насекомых -
червецов, живущих на не:которых видах :ка:кту,
сов. Ради синего индиго во многих странах раз­
водили плантации вай-
ды - растения, из кото­
рого получали индикан,
образующий при специ­
альной обработке индок­
сил, легко окисляющий­
ся на воздухе в индиго.
Синтетические :краси­
тели оказались несрав­
ненно более дешевыми.
Так, синтетическое ин­
диго быстро вытеснило
природное, и вайда как
сельскохозяйственная
культура исчезла с полей
На смену природным краов­
телям пришли более деше­
вые- синтетические.

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Европы. Синтетический ализарин вытеснил
природный ализарин, ноторый добывали из нор­
вей марены, и культура марены, как и вайды,
прекратила свое существование. Впервые человек
заменил природные органические вещества син­
тетическими, получаемыми химической перера­
боткой из каменноугольной смолы, т. е. в ко­
нечном счете из каменного угля.
Пожалуй, не будет преувеличением сказать,
что потребность производства красящих веществ
для текстильной промышленности в течение
многих десятилетий стимулировала и направ­
ляла развитие органического синтеза.
СОЗДАНИЕ ТЕОРИИ СТРОЕНИЯ
ОРГАНИЧЕСRИХ ВЕЩЕ(�ТВ
Синтез мовеива был случайным. Перкив на
самом деле собирался получить бесцветное ве­
щество хинин - лекарство против малярии, а
получил краску. Теперь мы знаем, что хинин
он таким образом и не мог получить, во в те вре­
мена этого знать было нельзя. Химики не имели
тогда еще и представления о строении молекул
органических веществ.
Середина XIX в. - очень интересный период
в развитии химии. Ученые достигли высокой тех,,.
пики J1абораторных работ. Открытия новых веществ
сыпались как из рога изобилия. И все же для
развития органического синтеза не хватало тео­
рии. Было сделано много опытов, стали извест­
ны уже многие органические вещества и их пре­
вращения, по пе было теории, которая могла бы
объяснить все эти превращения, могла бы пред­
сказывать новые еще неизвестные вещества,
могла бы направлят:ь работу по синтезу. По
образному выражению Вёлера, органическая
химия в этот период представлялась ему дрему­
чим лесом, из
.
обилующим чудесными вещами,
огромную чащу без выхода, без конца. Лишь
пользуясь теорией, можно было найти дорогу
в этом лесу.
Такая теория возникла во второй половине
XIX в.
В 1861 г. казанский
профессор
органической химии Александр Михайлович
Бутлеров впервые высказал и позже доказал
опытным путем основной принцип теори и
х ими ч е с к о го строения: свойства
веществ зависят не только от их состава, но и
от химического строения, т. е. от последователь­
ности и характера связей атомов в молекуле.
Изучая химические свойства веществ, можно на
основании реакций установить химическое строе­
ние их молекул. Сейчас все это выглядит очень
460
просто. Однако в то время эта теория была ре­
волюционной, так как позволяла не только
изучать превращения веществ, но через пре­
вращения познать их внутреннюю структуру
и предсказать
новые, еще не изученные
свойства.
В создании теории химического строения
выдающуюся роль сыграли еще два химика -
немецкий химик Август Rекуле и молодой анг­
личанин Арчибальд Rупер. Rекуле в 1858 г.
открыл четырехвалентность углерода и способ­
ность этого элемента образовывать цепи атомов.
Rупер разработал способ изображения строения
молекул органических веществ при помощи
структурных формул (1858).
Новая теория стала быстро развиваться.
Эрленмейер (1864) открыл двойные связи меж­
ду атомами углерода, Вант-Гофф и Ле Бель
(1874) ввели представление о пространствен­
ном расположении атомов. В. В. Марковников
(1869) разработал учение о взаимном влиянии
атомов в молекуле. В первой половине ХХ в.
теория химического строения обогатилась уче­
нием о валентных электронах и об электронной
природе связей между атомами. Теория строе­
ния органических веществ стала электронной
теорией. Новая квантовая физика внесла в нее
методы :математического расчета строения моле­
кул. Вот уже более ста лет теория химического
строения является путеводной звездой для ис­
следований в области органической химии; она
дала столь могущественный и длительный тол­
чок исследованиям, какой лишь редко исходил
из какой-либо другой
естественнонаучной
теории.
Итак, теори.н была найдена. С этого времени
начался быстрый, все возрастающий рост о рга­
нического синтеза. Химики почувствовали в
своих руках изумительное по своей остроте и
надежности средство предвидения. Всякое ве­
щество получало формулу строения. Формула
предсказывала существование неизвестного ве­
щества, и это вещество удавалось синтезиро­
вать. Формула предсказывала химические свой­
ства вещества, его химические р�акции, и эти
реакции удавалось осуществить в лаборатории.
Синтезировались тысячи, десятки и сотни тысяч
новых веществ, и все они укладывались в систе­
му теории. Это был триумф теории химического
строения. Rонечво, находились вещества или
их химические реакции, которые не укладыва­
лись в уже известные рамки теории. Что ж, эти
факты только служили ее дальнейшему разви­
тию. Теория обогащалась, развивалась, совер­
шенствоваJ.Jась...

А поток новых веществ все увеличивался...
Новые красители, лею:.рственные препараты,
душистые вещества, растворители, дубильные
вещества и многие другие... Во все области
производства проникали все новые органиче­
ские вещества. Из рук ученых они попадали в
рую1 инженеров-химиков. Вещество, которое
с радо
.
стным волнением первооткрывателя еще
недавно держал в пробирке ученый, становилось
предметом промышленного производства; грам­
мы сменялись килограммами, тоннами, сотнями,
тысячами тонн.
RPACRll ВСЕХ ЦВЕТОВ
11 ОТТЕНКОВ
Долгое время красочная промышленность
держала первенство в развитии промышленного
органического синтеза, а химия красящих ве­
ществ ежегодно давала наибольшее число но­
вых органических соединений. Коксохимия -
переработка каменноугольной смолы - яви­
лась замечательным источником полупродуктов
д.1я производства красок. Из этой смолы было
выделено более 15() различных органических
веществ, многие оказались прекрасным сырь­
ем для изготовления красок.
Краски для хлопка, краски для шерсти,
краски для шелка, краски всех цветов и оттен-
1юв, все более яркие, все более прочные! Люди
хотят одеваться дешево, красиво - повышают­
ся требования к цвету, его чистоте, оттенку,
к тому, чтобы окрашенные ткани не линяли при
стирке, не выцветали на солнце. В ответ на эти
требования появлялись все новые и новые кра­
сители; дешевые вытесняли дорогие, лучшие вы­
тесняли хорошие.
Получили распространение самые разнооб­
разные способы крашения тканей: с у б с т а в­
т и в н о е, когда ткань, проходя через красиль­
ную барку, сама «выбирает)) краситель из рас­
твора; пр от р а в ное, когда ткань сначала
пропитывается «протравой», содержащей соли
тяжелых металлов - хрома, алюминия, олова
и других, потом ее красят в барке и затем уже
подвергают «запарке» при повышенной темпе­
ратуре; при этом соль металла образует с краси­
телем яркий, прочный, несмываемый лак; при
так называемом л е д я н о м крашении ткань
пропитывается при низкой температуре �осле­
довательно двумя бесцветными растворами, со­
держащими вещества, которые уже на ткани
вступают в химическую реакцию образования
нрасител.1
1.
.
Очень прочные окраски дает к у б о-
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ВОКРУГ НАС
Краски д11я хлопка, шерсти и mе11кв всех цветов и оттен ков !
в о е крашение. Нерастворимый в воде краситель
сначала переводится в бесцветное, но раствори­
мое в воде вещество; этим раствором «Красят))
ткань, и из красильной барки она выходит бес­
цветной, но при «запарке» происходит окисление
кислородом воздуха, и снова из бесцветного
вещества образуется краситель, прочно отло­
жившийся на волокне.
А сколько изобретательности было прояв­
лено для печатания рисунков на ткани. Есть,
например, черная ткань с ярким цветным рисун­
ком.Этотакназываемые«ВытравкИ» по
черному авилину.Тканькрасятани­
лином �бесцветным веществом) в смеси с окис­
лителем, который потом при запарке превратит
анилин в черную краску «черный анилин».
Потом по этой ткани печатают цветной рисунок
на ситцепечатных машинах, а в краски добав­
ляют специальные ве�дества (восстановители),
которые предотвращают превращение анилина
в черный анилин там, где напечатав цветной
рисунок. Получается при запарке черная ткань
с •ярким цветным рисунком. Существует много
еще разных приемов крашения и печатания.
Искусство крашения тканей и печатания на них
рисунка требует специальных знаний, и специа­
листы этого дела - колористы - совмещают в
своем труде знания химика, опыт и�женера и
чутье художника.
Органические красители нужны также для
окрашивания кожи, меха, для изготовления
цветных чернил,для книгопечатания, живописи,
цветного кино и для многих других целей. Во
всех случаях к красителям предъявляются раз­
ные требования, и химики должны были искать и
находили вещества, удовлетворяющие этим
требоваuиям.
Еще недавно казалось, что химики-красоч­
вики в союзе с колористами решили все основ·
вые задачи. Но в последнее десятилетие появи­
лось много новых синтетических волокон ддя
461

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
текстильных тканей : капрон, лавсан, нитрон
и др. Оказалось, что старые красители непри­
годны для окрашивания новых тканей. И снова
исследования, новые синтезы, новые органиче­
ские вещества ...
ОРl'АНИЧЕСКИЕ KPACllTE.JIH
ДЛЯ ФОТОl'РАФИИ 11 Rll HO
Rак известно, ранее выпускавшиеся фото­
графические пластинки и пленки были нечув­
ствительны к красному цвету. Поэтому их про­
являли при свете красного фонаря. Светочув­
ствительность была различной: к ра зным участ­
ка м спектра : очень высокая к фиолетовым и си­
ним лучам, она понижа лась к красному концу
спектра. Поэтому фотоснимок неточно пе реда­
вал тона изображения. Общая светочувствитель­
ность этих пластинок и пленок была невелика ;
при фотографировании . применялись большие
выдержки, что очень сокращало возможности
моментальной фотографии. Перед химиками
встал вопрос, как повыси.ть чувствительность
фотопЛенок и сде лать ее более равномерной по
отношению к различным цветам. Эта задач а
была решена. Были найдены новые кр асители -
та к н азываемые
сенсибилизаторы,
повышающие чувствительность фотогр афиче­
скогослоя ксвету.Появились ортохро11
1
а­
т и ч е с кие пластинки, дополнительно очув­
ствленные к желто-оранжевой: части спектра ,
панхроматические-чувствительные
ко всем цветам видимо го света. Эти пленки
подлежат обр аботке в полной темноте, что,
конечно, неудобно , особенно для целей худо-
Цветная фотоrрафия - вот способ запечатлеть разнообраз­
ные цветовые оттенки природы.
462
жественной фотографии. Однако и это неудоб­
ство было преодолено. Были найдены спе­
циальные
красители - десенсибi1ли­
заторы.
Если перед проявлением эRспонирова нную
пленку обработать в темноте раствором де сен­
сибилиза тор а, то потом ее можно проявлять ...
на свету. Плен Rа почти полностью потеряла свою
светочувствительность.
Были на йдены также специальные и н фр а,
красныесенсибилизаторы,ифо­
тографирование стало возможным через дымку
и да же ночью. Новые инфрахрома тические фото­
пленки оказались очень ценными для астрономи­
ческой съемки.
Инте ресно решили химики за дачу цветного
фотографирования. Она была очень трудна и
потребова ла десятилетий упорного исследова­
тельского труда.
Пленка для цветного фотографирования со­
держит .{)бычно три цветочувствительных слоя.
В каждом слое находится, Rак обычно, светочув­
ствительное бромистое серебро. В одном слое
к нему добавлен сенсибилизатор, делающий его
чувствительным только к красным луч ам, в дру­
гом - к зеленым, в третьем - к голубым. В
каждый слой, кроме того, введены та к называе ­
мые цветные компоненты - пока бесцветные
вещества. После фотографирования та ка я п.1ен­
ка проявляется специальным проявите.'1ем.
В пер вом слое проявляются только те места
пленки, куда упал кр асный свет, та к как
к другим лучам этот слой нечувствителен. Бро­
мистое сер ебро в этом месте восстанавливается
и пр евращается в черное металлическое сереб�: о,
а то, что образовалось из проявителя в проце ссе
проявления, вступает в реа кцию с цветной ком­
понентой и образует красную краску. Таким же
образом во втором слое образуется зеленая крас­
ка в тех места х, куда упали зеленые лучи, а
в третьем слое - синяя. Теперь остается уда­
лить из изображения металлическое серебро и
остаток бромистого серебра (эта операция по­
;хожа на обычное «закрепление» ), и цветное изо­
бражение готово. Такой процесс называется
процессом с «обращением», а пленка - «обрати­
мой», та к ка к на ней ср азу появляются нату­
ральные цвета. Другой процесс - «негатив­
ный» - сложнее, но основан на тех же про­
стых принципа х.
Кажется, просто? А ведь потребова лось
испытать тысячи красителей, сотни сенсиби­
лизаторов, десятки проявителей, чтобы все это
подобрать. Когда вы смотрите в кино .кра сивый
:
цветной фильм, вспомните об энтузиаста х-иска-

телях, трудолюбивых и изобретател ьных хими­
ках, создавших цветную кинопленку и цветное
проявление .
.JIEKAPCTBEHHЫE ВЕЩЕСТВА
Применение органичесних веществ для вра­
чевания началось еще на ранних ступенях раз­
вития человека . Уже в древнем Египте были
известны многие лекарственные растения:
клещевина, горчица, морской лук и др . Древние
греки и римляне не толwо хорошо знали лечеб­
ное действие многих растений, но и умели гото­
вить из них энстракты, настойки, пилюли и
прочие ленарственные средства . Многие ле кар­
ственные средства растительного происхожде­
ния стали известны европейцам после великих
географических открытий XVI-XVII вв . Из
Амери юr, например, была привезена кора хин­
ного дерева, ипекакуана, гидрастис . Издревле
народы Средней Азии знали много лекарствен­
ных растений . Знания их были собраны в «Ме­
дицинском каноне» знаменитого таджикского
ученого Х -XI вв. Ибн-Сина, или Авиценны.
С развитием научной х11мии все в большем
количестве вместо целых растений или расти­
тельных экстрактов стали применять лекар­
ственные вещества, выделенные из растений в
более или менее чистом виде . Позже началось
применение синтетических лекарственных ве­
ществ. Это произошло одновр еменно с развити­
ем химии красящих веществ . Основател » химио­
терапии - науки о лечении инфекционных забо­
леваний химичесними средствами - П . Эрлих
исходил из опыта онрашивания микробов под
микроскопом . Он считал, что с микробами можно
бороться ядовитыми для них красками. Действи­
тельно, метиленовый синий краситель оказался
пригодным для лечения малярии . Особого
успеха ученый добился в использовании краси­
телей, содержащих в молекуле мышьяк . Потом
оказалос ь, что лекарства могут быть найдены
и среди бесцветных веществ . Чтобы найти нуж­
ное органическое вещество, Эрлих испытывал
большое ноличество веществ, наждое из кото­
рых отличалось от предыдущего лишь неболь­
шим изменением в строении молекулы . Если из­
менение в строении ухудшало лечебное действие,
Эрлих от него отказывался; если улучшало, он
сохранял это изменение в следующих веществах
и т. д. На этом пути нужен был синтез очень
большого количества веществ и их последова­
тельные исriытания, что отнимало много време­
ни и сил, .однако в конце концов приводило к
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ВОКРУГ НАС
цели . Это эмпиричес­
кий метод. Он сохра­
нил свое значение и в
наши дни .
Однако более рацио­
нален другой путь, ко­
торый основывается на
глубоком изучении спо­
соба действия лекарст­
венного вещества . Нуж­
но знать, как оно рас­
пределяется в органи з­
ме, на какие органы дей­
ствует, в какие химиче­
ские реакции вступает .
Средства против инфек­
Синтезированы тысячи лс·
карственны х npenapaтo 11.
ционных болезней должны быть ядовиты для ми­
кробов-возбудителей болезни, но неопасны д;1 я
человека; средства против неинфекционных бо­
лезней должны действовать на одни органы че­
ловека и не затрагивать других . Знание ме ­
ханизма действия, особенно его химической
стороны, позволяет находить избирательно де й­
ствующие вещества и, значит, более целеустрем­
ленно и сознательно синтезировать новые сред­
ства лечения заболеваний .
Есть, например, хорошо известный бактери­
цидный (убивающий микробов) препарат - хи­
назол . Механизм его действия был полностью
установлен . Дело в том, что для нормального
роста микроорганизмов необходимы соли но­
бальта . Человеку тоже нужен кобал ьт. Но только
в виде сложного соединения - витамина В12•
Хиназол очень легно соедин яется с кобальтом,
образуя прочное химическое соединение, но не
может отнять кобальт от молекулы витамина
B1-;i. Отсюда ясно, почему хиназол ядовит для
микробов : он лишает их солей кобальта . Он
не ядовит для людей, так как не затрагивает
витамина В 12 • Поняв все это, химики получили
возможность синтезировать новое сильнодей­
ствующее средство для лечеция кишечных забо­
леваний - энтеросе птол . Строением молекулы
это вещество похоже на хиназол и очень прочно
связывает ионы кобал ьта .
Много новых лекарственных веществ синте­
зировали химики за последнее время. Появи­
лис ь новые средства лечения инфекционных бо­
лезней и даже таких опасных, как туберкулез
или малярия, пневмония или менингит; средст­
ва, регулирующие кровяное давление, стимули­
рующие деятельность сердца, обезболивающие,
снотворные; созданы препараты для лечения
психических заболеваний, а в последнее время
появились первые надежды найти химические
463

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Вот что дерево подарило хим11ка�1.
средства лечения рака. И зде сь , как и в 2'И-
111ии красящих веществ , трудится целая армия
химиков , физиологов , бактериологов , фарма­
кологов , врачей. Синте зируют тысячи и десятки
тысяч веще ств. Одних· только сульфамидных
препаратов было синте зировано свыше 4000 ,
чтобы в конечном счете остановиться на десятке
из них для внедрения в медицину.
.JIЕС-ИСТОЧНИR ОРГАНИЧЕСКИХ
ВЕЩЕСТВ
Более ста лет главным источником для про­
мышленного получения органических веществ
сJiужила каменноугольная смола , о бра зу ю­
щu яся при коксовании каменных углей. Много
химических продуктов поставляет лесохимия.
При нагревании древесины без доступа воз­
духа происходит обугливание; при этом обра­
зуется древесный уголь , смола и летучие про­
дукты. Древесный уголь идет в доменное
производство , а также для изготовления активи­
рованного угля; смола или деготь - на при­
готовление флотационных масел и других про­
дуктов , а летучие �ещества , конденсирующиеся
в виде дегтярной воды , используются для вы­
деления из них метилового спирта , уксусной
нислоты , ацетона.
'Углежжение - суха я перегонка дерева -
известно с не запамятных времен. Сначала дрова
обугливали в кучах , покрытых слоем земли,
потом в примитивных печах. При этом все цен­
ные летучие продукты терялись. Тепер ь процесс
обугливания ведется в металлических печах -
ретортах , куда вкатываются вагонетки с дро­
вами. Летучие продукты полностью улавливают­
ся. По окончании процесса из реторт выкаты­
ваются ва гонетки с углем. Миллионы кубиче-
ских метров дров , главным образом березовых
и осиновых , ежегодно превращают в уголь.
Другой лесохимический источник органиче­
ских продуктов - живица хвойных , глав­
ным образом сосны. Ствол и ветви сосны имеют
систему так называемых смоляных ходов, за­
полненных жидкой смолой. При ранении дерева
липкая смола затягивает рану и защищает его
от проникновения насекомых, микроорганизмов
и т. п. Чтобы получить сосновую смолу, на де­
реве делают специальные надрезы - карры ,
из которых постепенно вытекает светло-желтая
липкая , приятно пахнущая смола - живица.
На воздухе она постепенно густеет и темнеет . Из
живицы перегонкой получают скипидар и ка­
нифоль, используемые для различных техниче­
ских целей.
Главные продукты химической переработки
древе сины - это целлюлоза и бумага. В отличие
от угле жжения здесь используется древесина
хвойных пород , в основном еловая. Часто сырь­
ем для производства целлюлозы служат отходы
лесопильных заводов. Целлюлоза нужна для
из1·отовления искусственного шелка (вискоз­
ный и ацетатный шелк) , нитроцеллюлозы (для
производства кинопленки) , пироксилина (взрыв­
чатое вещество, из которого изготовляют без­
дымный порох). В последнее время быстро раз­
вивается производство спирта из древе сины.
Много других видов растительного сырья
применяют для получения органических веществ.
Из сахарной свеклы или сахарного тростника
получают сахар, из семян масличных расте­
ний - подсолнеч ника, льна, хлопка , кукуру­
зы - добывают растительные жиры, из эфи­
роносных и д ушистых растений, таких, как
мята , анис , миндаль, жасмин , получают пахучие
масла для парфюмерии, из каучуконосных де­
ревьев, разводимых в Южной Америке, в И ндо­
незии и в других тропических странах ,- кау­
чук, из дубильных растений - дубильные экс­
тракты для выделки кож и т. п.
<( ЧЕРНОЕ ЗО.JIОТО))-НЕФТЬ
Ни коксохимия , ни лесохимия, ни другие
менее крупные источники органических веществ,
не смогли, однако, удовлетворить все возрастаю­
щую потребность человечества в органических
веществах. Начиная с 20-х годов нашего века
на первое место среди источников химического
сырья выш ли нефть и природные газы.
Нефть - это смесь углеводородов с самыми
разно9бразными цепочками атомов углерода.

Встречаются и корот1ше цепи, и длинные, 11
нормальные, и разветвленные, и замкнутые
в кольца, и многокольч атые . Кроме углеводо­
родов, в нефти содержатся в небольшом количе­
стве кислородные и сернистые соединения и сов­
. сем немного азотистых. Впрочем, нефть Второго
Баку содержит много сернистых соединений .
Нефть возникла на Земле в прошлые геоло­
гические эпохи в результате разложения гран­
диозных скоплений растительных и животных
остатнов, особенно морского планктона . В ходе
геологических процессов нефть видоизменялась,
перемещалась из одних слоев в другие и, нако­
нец, образовала известные нам крупные место­
рождения: на Кавказе, в Поволжье и Приуралье,
в Иране, Месопотамии и Ираке , в Калифорнии
11 в Техасе, в Венесуэле, в Сахаре и в других
районах земного шара .
Очень интересна история добычи и перера­
ботки нефти . Как и многие другие источники
органических веществ, она была известна многим
древним народам . Раскопки на берегах Евфрата
установили, что за 6000-4000 лет до нашей эры
нефть применяли как топливо . Есть сведения,
что у нас на Кавказе нефть использовалась
2000 лет тому назад. Ара б ский историк Истар­
хп, живший в VIII в., свидетельствует, что с
древних времен бакинцы вместо дров жгли
землю , пропитанную нефтью . Нефть издавна вы­
возилась из Баку в качестве осветительного
материала .
Промышленн ая добыча нефти началась,
однако, гораздо позже - только с середины
XIX в. , когда стали применять бурение сква­
жин. В те времена нефть перерабатывалась в
основном на осветительные (керосин) и смазоч­
ные масла . Потом ее стали употреблять ка�\
топливо для паровых котлов, главным образом
пароходных и позже паровозных (мазут) . С по­
явлением двигателей внутреннего сгорания,
пзобретенных Дизелем, продукты перегонки
нефти - керосин и соляровые масла (а для
тихоходных двигателей также и более тяже­
лые ма сла) - нашли широкое применение в ка­
честве дизельного топлива . Все это вызвало
быстрое развитие добычи и переработки
нефт и. Наиболее простой метод переработки
нефти - прямая гонка . Этот метод заключ ается
в перегонке нефти при нагревании в закрытых
котлах или трубчатках с отводными трубами ,
соединенными с холодильниками. Сначала отго­
няются наиболее легкокипящи� погоны (бен­
зины, лигроин), потом более тяжелый керо­
син. Бензины состоят из углеводородов с
пятью - десятью атомами углерода в молеку-
о30д.э.т.з
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ВОКРУГ НАС
ле, а керосиновые погоны - из углеводородов
с десятью - пятнадцатью атомами углерода .
Остато1\ от перегонки - мазут - густая чер­
ная· жидко сть . Он употребляется как топли­
во или подвергается новой перегонке, чтобы
выделить смазочные масла : легкие - соля­
ровые, более тяжелые - веретенные и машин­
ные и, наконец , тяжелые - цилиндровые.
В начале нашего века произошли коренные
изменения в нефтепереработке . Быстрое рас­
пространение карбюраторных бензиновых дви­
гателей внутреннего сгорания с искровым зажи­
ганием для автомобилей (а позже в авиации)
потребовало 'очень много бензина . Это привело
прежде всего к усовершенствованию нефтедобы­
чи, так как при старом открытом способе мноL'о
легкокипящих фракций испарялось на воздух е.
Однако этого было нед·остаточно . При прямой
гонке получалось сравнительно мало бензино­
вых фракций , и они не могли удовлетворить все
возрастающий спрос . Особенно остро почувст­
вовалась нехватка бензина в годы первой миро­
вой войны. Тогда в промышленность был введен
крекинг-процесс - разложение углеводородов
нефти под влиянием высокой температуры. При
нагреве до 500-600° углеводородные цепочки
разрываются и образуются осколки с меньшим
числом атомов углерода в молекуле. Промыш­
ленное освоение крекинг-процесса сразу повы­
сило ресурсы бензина. Однако не во всех случаях
качество бензинов термического крекинга было
удовлетворительным . Особенно оно не удовлет­
воряло авиацию.
Русский химик Н . Д . Зелинский предложил
усовершенствовать крекинг с помощью ускори­
телей процесса - катализаторов. Он применил
в к�естве катализатора хлористый алюминий .
Еще лучшие результаты дало применение алю­
мосиликатного катализатора , предложенно го
французскими инженерами. Этот процесс давал
высококачественный бензин, пригодный для
авиационных двигателей.
Однако жизнь шла вперед . От бензиновых
двигателей внутренного сгорания т'ребовалась
все больш ая быстроходность, все большая мощ­
ность при все уменьшающихся размерах и весе,
приходящихся на единицу мощности . Этого уд а­
лось достичь , повышая степень сжатия топлива
в цилиндрах двигателя . Однако здесь появился
предел,связанный сдетонациейтоплива.
В момент сильного и быстрого сжатия паров оз­
душная смесь преждевременно взрывалась, и это
приводило к стуку в двигателе и потере мощно­
сти . Борьба с детонацией стала на долгий период
главной задачей улучшения методо в нефтепере-

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
работ.кн. Оказалось, что различные углеводо­
роды, содержащиеся в бензинах, детонируют
с различной легкостью. Хуже всего в этом от­
ношении ок азались углеводороды с нормальной
цепочкой атомов углерода. Углеводороды с
сильно разветl)ленными цепочками атомов, а
также ароматические детонировали труднее.
Способность бензинов противостоять детона­
цип характеризуют так называемым о кта ­
новым числом: чемоновыше,темлучше.
Значит, и нефть нужно перерабатывать так,
чтобы получать бензины с возможно большими
октановыми числами . В этом отношении ката­
литический Rрекинг горнздо лучше простого
термического. Появились новые процессы нефте­
переработки - «риформинг»,
«платформинг».
Особое значение в них получили реаRции арома­
тизации нефтяных углеводородов, открыт:q�е и
разработанные советскими осимиRами. Промыш­
ле н ность стала даже на путь синтеза углеводо­
родовс разветвленнойцепью(изооRтана
и триптана),чтобыихприбавлятьRбен­
зинам и повышать таким образом антидето­
национные свойств а. Особенного успех а удалось
486
достичь в применении специа льных добавок
к топливу-так называемых антидето­
н а т о р о в. Добавленные в небольшом коли­
честве к бензину, они значительно повышают
его октановое число. Это тетраэтилсвинец (со­
кр ащенно ТЭС). Этилированный бензин с
этим антидетонатором очень ядовит. Будьте
всегда осторожны с этилированным бензином :
не обливайте им рук, не засасывайте в рот через
шланг при переливании. Немедленно сотрите,
смойте попавший на вас этилиров анный бен­
зин !
Теперь найден лучший антидетонатор, чем
ТЭС. Это вещество со сложным названием - цик­
лопентадиенилтрикарбонил марганца, или ЦТМ.
Как видно из названия, это органичес1юе веще­
ство содержит марганец. Скоро появятся в
гараж ах «марганцевые» бензины.
Казалось, переработка нефти решила все
проблемы, поставленные перед ней автомобиль­
ными и авиационными Rонструкторамп. Но
жизнь опять пошла вперед. На смену двигате­
лям внутреннего сгорания пришли реактивные
и ракетные двигатели. . · Оказалось, что здесь не
нужны высокие октановые числа. Наоборот,
лучшее топливо - это углеводороды с прямыми
мало развет.вленными цепочками атомов угле­
рода или кольчатые. Все наоборот ! И совсем не
бензиновые фракции, а Rеросиновые и соляро­
вые. И снова поиск, снова открытия, снова из­
менения нефтепереработки.
Иэтоещеневсе!Досихпорречьшлаопри­
менении нефтепродуктов в качестве топлива.
Менял ись типы двигателей: от паровых R дизе­
лям, к бензиновым моторам, потом н реактив­
ным двигателям. Но оставалось в принципе то,
что от нефтяных углеводородов требовалась их
теплотворная способность. ТольRо тепло, обра­
зующееся при сгорании топлива !
Для химика-органика сжигание нефтяных
углеводородов - непростительное
расточи­
тельство. Ведь эти углеводороды так нужны для
химического синтеза ! Из них можно сделать так
много ценных химических продуктов! И нефте­
химический синтез выступил мощным 1\онкурен­
том транспорта в потреблении нефтн. П режде
всего пошли в дело нефтяные газы, состоя щие из
углеводородов с маленькими цепочками атомов
углерода - от одного до пяти. Из этилена
СН2 = СН2 можно делать этиловый спирт,
аизнего-синтетичес1'ийкаучук
(СК). Из этилена же получается прекрасный
широко известный полимер - п о л и э т иле н.
Из пропилена СН3СН = СН2 можно делать
изопропиловый спиртиацетон;про-

пилен нужен для производства ф е н о л а,
наконец, из негоможноделатьполипро­
п и л е н - полимер, дающий новый тип син­
тетического волокна. А в последнее время на­
учились изпропиленаделатьакрилонит­
р и л (HAR) - сырье для производства син­
тетической шерсти. Другие нефтяные газы тоже
находят важное применение в нефтехимическом
синтезе. Значит, нефтепереработку нужно вести
иначе. Нужно получать как можно больше га­
зов, особенно таких , молекулы которых содер­
жат двойные связи между атомами углерода.
Между нефтью-топливом и нефтью - химиче­
с1шм сырьем началась напряженная борьба.
1\онечно, в настоящее и ближайшее время
нефть будут испо.т�ьзовать, главным образом, ка:к
топливо. Однако доля нефти, расходуемая на хи­
мическ ую переработку, непрерывно возрастает.
А совсем недавно появился еще один возмож­
ны й потребитель нефти. Он пока еще «младенец»,
и ему много нефти не нужно. Но как знать? Это
ми кробиологическая переработка нефти на
белки. Нашлись бактерии, которые хорошо жи­
вут на нефти, нотребляя ее в пищу. Нефть ис­
чезает, бактерии растут. Постепенно (и не так
уж медленно) исчезает значительная часть нефти,
и вместо нее образуется масса клеток бактерий.
Это в основном белок. И по всем данным -
хор оший
кормовой белок. Во что вы­
растет этот «младенец»? Не изменит ли он снова
баланс путей переработки нефти? Не изменит ли
он структуру сельского хозяйства?
До сих пор шла речь о газах нефтепереработ­
ки. Однако есть и природный газ, образующий
гром адные скопления в толще земли. Природ­
ный газ в основном состоит из метана СН4 • Он
добы вается в громадных количествах и исполь­
зуется в качестве горючего для промышленных
и бытовых целей. Вместе с нефтяными газами,
сопутствующ ими нефти, и газами нефтеперера­
бот ки природный газ является важным источни­
ком для синтеза разнообразных органических
веществ. Самым больш им химическим потреби­
телем газа является промышленность полимер­
ных материалов (см . ст . «Полимеры»).
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
в СЕЛЬСКОМ хозяiiСТВЕ
В повышении урожаев зерна, хлопка, сахар­
ной свеклы и других сельскохозяйственных
культур большую роль играют органические
вещества. Прежде всего речь идет о средствах
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ВОКРУГ НАС
защиты растений от сорняков, вредителей п
болезней. Уже давно химики старались найти
вещ ества, ядовитые для сорняков и безвредные
для полезных растений. Такие вещества были
найдены-это гербициды. Теперь их
известно уже много и с разным строением моле­
кул. Одни из них уничтожают широколиствен­
ные сорняки и не затрагивают зла:Ки. Дру­
гие, наоборот, уничтожают злаки-сорняки и
не трогают, например, хлопчатни:к . Есть спе­
циальнью гербициды для защиты от сорняков
кукурузы, сахарной свеклы. Но трудно найти
вещества для химической прополки злаковых;
культур от злаковых же сорняков, например
от упрямого пырея.
Есть средства, которые не убивают раст ения,
а только вызывают у них опадение листьев. Это
так называемыедефолианты. Та�шеве­
щества нужны, например, для обработки посе­
вов хлопчатника перед сбором урожая. Сбор
хлопка вручную - дело очень трудоемкое. Скон­
струированы специальные машины для сбора
хлопка. Однако работе этих машин очень ме­
шают лист.ья . Поэтому перед сбором урожая
нужно удалить у хлопчатника листья и притом
так, чтобы не повредить раскрывшиеся коробоч­
ки хлопка. Вот здесь-то и приходят на помощь
дефолианты. Достаточно обработать поле с са­
молета раствором дефолианта , чтобы через не­
которое время все листья опали, а коробочки с
хлопком остались на ветках.
Есть еще так называемые ростовые
в еществ а. Они родственны гербицидам, но
не убивают растения, а, наоборот, вызывают их
усиленный рост. Бывает .и так, что одно и то же
вещество в малых количествах действует на
растен ия как ростовое вещество, а в больш их -
нак гербицид.
· Не менее разнообразна и увлекательна за­
щита растений от насекомых-вредителей . Су­
ществует множество насекомых, питающихся
культурными растениями. Некоторые из них
размножаются в таком количестве, что становят­
ся сущим бедствием. 1\то не читал про саранчу,
которая превращает цветущие поля в голую
землю. Есть не менее опасные вредители: они
не летают тучами, нак саранча, но основатель­
но портят, а иногда и полностью уничтожают
урожай. Тановы, на пример, клоп - вредная
черепашка (повреждает посевы пшеницы) или
паутинный нлещ (уничтож ает посевы хлопчат­
нина). А ному не приходилось видеть яблоки,
поврежденные плодожорной.
Опять труд тысяч химиков ! Опять иска ния
энтузиастов. И опять открытие препаратов -
487

.
ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
пнсе:ктицидов, уничтожающих вреди­
тедей . Были найдены та:к называемые :к о н­
т а :ктн ы е препараты ; они уничтожали насе-
1юмых при попадании яда на поверхность их
теда. Та:ковы ДДТ,хлорофос. Былиот:кры­
ты та:кжеинсе:ктицидысистемного, или
ннутрирастительного,
действия .
Когда та:кой препарат попадает на растение,
.оно всасывает его . Со:ки растения становятся
ядовитыми. И горе насе:комому-вредителю, :ко­
торое попытается питаться со:ками этого расте­
нnя . Оно погибнет ! Лучшие системные инсе:к­
тпцидысодержатфосфор:этофосфорорга­
ничес:кие вещества,напримерфос­
фамид,препарат М-81.
Конечно, и здесь все совсем не просто. Ведь
растения, опрыснутые или опыленные ядами,
могут быть ядовиты и для людей ! Значит,
· нужно отыс:кать та:кие инсе:ктициды, :которые
ядовиты для насе:комых и неопасны для людей
и домашних животных . Э.то в принципе та же
задача избирательности действия, о :которой мы
говорили в разделе о ле:карственных вещества]!: .
Уже сами шифры - названия не:которых пре­
паратов - иногда говорят о большой работе,
проделанной перед тем, :ка:к их нашли : Е - 605,
М - 81 , Байер-S -1 752. Подумайте, с:коль:ко ве­
ществ нужно было синтезировать и испытать !
И здесь многое еще остается нерешенным .
Мы плохо умеем бороться с мальвовой молью,
по вреждающей хлопчатни:к, с :колорадс:ким жу·
ном - опасным вредителем :картофеля, с фил­
лонсерой виноградни:ков .
Кроме насекомых , растения часто поврет­
дают бодезни - гриб:ковые, вирусные, бакте­
риальные . И здесь нужны органичес:кие препа­
раты - ле:карства для растений ! Сно11а тысячи
препаратов, снова ис:кания, наход:ки, промыш­
.т�енное производство найденных органичес:ких
вещ еств. И опять еще не решенные задачи!
Ест ь, нап ример, опасное заболевание хлопчат­
н ика - вилт . Оно поражает тысячи ге:ктаров
посе вов, а средств борьбы с ним еще нет . Но бу­
дут, обязательно будут, если только :к этому
делу применить знания, фантазию и упорство .
Мир о:кружающих нас органичес:ких веществ
грандиозен по :количеству и разнообразию. В из­
вестной части он создан ру:ками челове:ка, син­
тезировавшего сотни тысяч веществ, ранее
природе неизвестных. Челове:к научился изме­
нять этот мир, научился заставлять его служить
себе, помогать себе в самых разнообразных ви­
дах деятельности, в самых разнообразных слу­
чаях жизни . Это результат грандиозного труд а,
начинающегося в лабораториях и :кончающегося
на фабри:ках и заводах, на полях и плантациях,
в :клини:ках и больницах ... Это результат :кро­
потливых исследований, тщательного изучения,
вдохновенных идей и смелых теоретиче с:ких
обобщений . Гений челове:ка и упорный труд ру:ка
об ру:ку создали органическую химию . Они ре­
шили множество труднейших задач, ранее счи­
тавшихся неразрешимыми, создали изобилие
вещ еств, ранее :казавшихся недоступными, рас­
:крыли со:кровенные тайны природы, ранее пред­
ставлявшиеся навсегда с:крытыми. Нау:ки об
органичес:ких веществах - органичес:кая химия
и ее сестра - органичес:кая химичес:кая техно­
логия- продолжают идти вперед . Еще много не­
решенных задач, неот:крытых за1юнов, неизвест­
ных веществ . Каждая решенная задача призы­
вает :к решению новой, :каждое синтезированное
вещество влечет за собой новые синтезы, :каждый
от:крытый за:кон ставит перед нау:кой новые во­
просы . Производство требует улучшения, по­
вы шения :качества, расширения ассортимента.
Наша страна нуждается в изобилии продуктов,
изо билии вещей, изобилии средств их созида­
ния. С изобилием придет :коммунизм : полно­
стью будут удовлетворяться потребности людей,
расц ветут их таланты, облегчится труд . И орга­
ничес:кая химия, создающая новые органичес:к ие
вещества, внесет свою лепту в светлое будущее
человечества.
•
КАК ХИМИК СТРОИТ НУЖНJ'Ю MO.JIEKY�I Y
Прежде чем построить моле:кулу, химик дол­
жен знать ее состав и стру:ктуру (строение), т. е .
представлять себе, :ка:к взаимно расположены
составляющие ее атомы элементов .
Строение молекул неорга ничес:ких веществ
выяснит ь не та:к трудно. Дл я этого нужно знать
468
их состав и валентность элементов, из :которых
они образованы. Валентностью назы­
вают число атомов, с :которым может соединить­
ся атом того или другого элемента . Рассмотрим
это на примерах . Возьмем соединения, состав
:кото рых хорошо известен: хлористый водород

HCl, вода Н20, аммиак NH3, болотный, или руд­
ничный, газ - метан СН4• Общее для их соста­
ва - водород, но он входит в них в разных
количествах.
В хлористом водороде с одним атомом хлора
соединен один атом водорода, в воде с одним
атомом кислорода соединены два атома водорода,
в аммиаке с одним атомом азота соединены
три атома водорода, в метане с одним атомом
углерода соединены четыре атома водорода.
Атомы хлора, кислорода, азота и углерода не
могут присоединить к себе больше указанного
числа атомов водорода. Поэтому говорят, что
они обладают определенной валентностью : атом
хлора одновалентен, атом кислорода двухвален­
тен, атом азота трехвалентен, атом углерода
четырехвалентен . Само собой разумеется, что
атом водорода одновалентен. Из этого следует,
что атом кислорода может присоединить .1\ себе
два атома хлора, образуя соеди нение Cl20, атом
углерода- четыре атома хлора, образуя веще­
ство CCl4, юш два атома кислорода, образуя
соединение СО2• Существуют элементы, атомы
которых обладают более высокими валентностя­
ми . Вот пример соединений таких атомов: пяти­
хлористый фосфор PCl6, трех окись серы S03,
че тырехокись осмия Os04 •
Если взять такие коли­
чества водорода и хлора, ко­
торые будут эквив.алентны их
от носительным атомным ве­
сам, то, имея в виду, что
оба эти элемента однова­
. 11 ентны, можно попытаться
соединить эти Rоличества друг с другом . Дей­
отвительно, при сильном освещении хлор
и водород соединя ются именно в таких отноше­
ниях без остатка, образуются молекулы хло­
ристого водорода HCl. Подобным же образом
реагируют водород с кислородом, если их .1\ОЛИ­
чества соответствуют отношени ю двух атомов
водорода к одному атому кислорода . Если на
такую смесь воздействовать электрической ис­
крой или губч атой платиной, образуется вода .
Зная состав даже такого сравнительно слож­
ного соединения, как серная кислота, и валент­
ности составляющих ее элементов, можно пред­
положить, что она образуется соединением од­
но й: молекулы воды и одной молекулы трехокиси
серы . Водород одновалентен, кислород двухва­
лентен, а сера шестивалентна .
Гораздо сложнее построить или синтезиро­
вать органические молекулы. В их состав всегда
входя т углерод и водород, часто - Rислород и
азот, иногда - сера или фосфор, хлор, бром
КАК ХИМИК СТРОИТ НУЖНУЮ М ОЛЕКУЛУ
или йод, а также металлы. Валентность углеро­
да, водорода, кислорода и азота выражается
небольшими числами. l\азалось бы, что это не
должно усложнять построение органических
молекул . Однако у органических соединений
ес ть одна особенность, которая и делает эту
задачу очень трудной . Чет ырехвалентные атомы
углерода могут соединяться друг с другом, обра­
зуя прямые или раз·ветвленные цепочки либо
кольчатые образования . При этом число атомов
углерода, принимающих участие в формирова­
нии таких молекул, практически неограничен­
но, следовательно, число органических соеди­
нений, или соединений углерода, чрезвычайно
велико и во много раз превышает число извест­
ных соединений всех других элементов, вместе
взятых (см. ст . «Органические вещества вокруг
нас») . Знать структуру и строение молекулы -
обязательное условие ее синтеза .
Простейшее органическое соединение - ме­
тан СН4 состоит из углерода и водорода. Его
ближайшие соседи - этан С2Н8 и пропан С3Н8•
Помня о валентности атомов углерода и водо�
рода и о способности атомов углерода образовы-.
вать цепочки, можно прийти к единственно воз-,
можным формулам строения этих соединений :
Легко можно составить и формулы строения
более сложных углеводородов, в молекулах ко-,
торых содержится 4, 5, 6 и более атомов угле­
род& и соответствующее число атомов водорода.
l\ак ж� построены органические мо;1е:кулы,
в состав которых, :кроме углерода и водорода"
входит атом хлора, например хлористый метил:
CH3Cl и хлористый этил C2H6Cl? Для этих сое­
динений, очевидно, можно написать только
такие формулы:
н
1
H-C-Cl
1
н
нн
11
и H-C-C-Cl
11
нн
l\аждая формула показывает, что эти соедине­
ния получились при замене одного атома водо­
рода в молекулах метана и этана на атом хлора,
при чем в данном слу чае безразлично, какой из
атомов водорода замещен атомом хлора.

ПРЕВРАЩЕНИ Я ВЕЩЕСТВА
Одна:ко в моле:куле, содержащей три атома
уг.11ерода, т. е . в хлористом пропиле C3H7Cl,
это уже небезразлично. Для этого соединени н
существуют две формулы в зависимости от того,
у юшого из углеродных атомов водород замещен
на хлор.
Хлористый пропил
Хлористый иаопропlш
Он п отличаются друг от друга не толь:ко
строенном , но и физическими и химическими
свойствам и. Вещества, подобные хлористому
проп ш1у и изопропилу, т. е. состоящие из оди­
накового числа атомов одних и тех же элементов ,
наз ыва ются изомер а ми, а явление изоме­
рии - одна из причин большо1·0 числа органиче­
ских соединений, известных в настоящее время.
Обратимся н неснольно более сложным при­
мерам органических соединений, например к
орган11чесю1м спиртам. Простейшие представи­
те:ш это го :класса - метиловый спирт СН40
и этшювый спирт С2Н6 0. Их состав тан ов, :как
будто о ни получились присоединением одного
атома 1ш слорода I\ углеводородам метану СН4
и этану С2Н6 • Однако та:к ое предположение про­
тиворечило бы четырехвалентности углерода.
О том , как построены эти молекулы, можно
суд ить по не:которым их превращениям. О:казы­
вается , что в каждом из этих спиртов не все ато­
мы водорода ведут себя одинаково :
в их моле кулах имеется по одно­
му атому водорода, способному
выделяться при действии метал­
личесного натрия :
СН40+Na_, Н+CH30Naп
С2Н60 + Na .- Н + C2H50Na.
Хроме то го, при определенных условиях в моле­
:кулах этих спиртов хлором заменяется не атом
водорода, :ка:к в углеводородах СН4 и С 2Н6, а
группа атомов ОН. При этом образуются зна­
:комые уже нам хлористый метил CH3Cl и хло­
ристый этил C2H6Cl.
470
Эти превращения позволяют построить фор­
мулы строения метилового и этилового спирта :
н
1
Н-С -0 -Н
1
н
нн
11
Н-С -С -ОН
11
нн
В этих формулах валентности Н, О и С, о :ко­
торых мы говорили выше, соблюдены , и в то же
время один атом водорода, в отличие от всех
остальных, соединен не непосредственно с ато­
мом углерода, а через атом :кислорода. Очевид­
но, этим и объясняется его способность легко з а­
меняться металлом или вместе с :кислородом при
определенных условиях уступать место хлору.
Попробуем теперь, зная строение молекул
этих спиртов, построить, или синтезировать, их .
Долгое время метиловый спирт получали раз­
лагая древесину нагреванием, а этиловый
(винный) спирт и сейчас еще получают при спир­
тоном брожении :крахмала, содержащегося в
:картофе ле или зла:ках. Оба пути очень сложны.
На:к хими:к приступает :к построению моле­
:кул нужной структуры? Очевидно, так же , как и
любой строитель, т. е . прежде всего он состав­
ляет план строительства, иначе говоря, состав­
ляет архите:ктурную схему здания и намечает,
из :ка:ких строительных элементов он будет созда­
вать целое. Но современный строц:гель применяет
у;не не отдельные :кирпичи, а целые готовые
блоки, из :которых легче сложить здание. Та к
поступает и химик. Для построения желаемой
моле :кулы он берет готовые полупроду:кты извест­
ного строения и комбинирует их.
Для синтеза метилового спирта, очевидно,
было бы целесообразно взять такие вещества,
в :которых уже есть готовая группа СН3 и груп­
па ОН. Та:кие вещества известны: это, напри­
мер, хлористый метил СН3Сl и едкий натр NaOH.
Реа:кция между ними дает метиловый спирт :
По та:кой же схеме можно получить и эт�шо­
вый спирт. Но это не единственные пути д:�я
синтеза метилового и этилового спирта. Про­
мышленные способы их синтеза совсем иные.
В них учтены требования технологии и э:кономи­
:ки производства. Метиловый спирт получается из

доступной о:киси углерода и водорода. Эту
смесь, или «водяной газ», можно об разовать дей­
ствием нагре того до высо:кой температуры во­
дяного пара на уголь : с+н2о�со +н2.
Если прибавить :к ней один объем водорода
п пропуст ить новую смесь при высо:кой темпе­
ратуре и под высо:ким давлением через соответ­
ствующий :катализатор, то получится синтети­
чес:кий: метиловый спирт, или метанол :
н
1
со+2н2�Н-С-О
-Н
1
н
Три атома водорода присоединились :к ато­
му углерода, а один атом водорода - к кисло­
роду.
Промышленный синтез этилового спирта осу­
ществляется при высо:кой температуре и в при­
с утствии :катализатора. Водяным паром дей­
ствуют на газообразный этилен С2Н4 , выделяе­
мый из газов :кре:кинга нефти. В моле:куле эти­
лена два атома углерода соединены та:к называе-
мой двойной связью : н
н
"/
С=С
/"
н
н
Рса:кция происходит по следующему уравнению :
н
н
нн
"/
11
С=С + Н-0 -Н�Н-С
-
С-О -Н
/"
11
н
н
нн
Один водородный атом воды присоединился :к
первом у углероду этилена, а гидро:ксильная
группа воды ОН - :ко второму.
1:\а:к же синтезируются более сложные моле­
:кулы? Важный :класс органичес:ких соедине­
нпй- :к ислоты. Подобно спиртам, они состоят из
углерода, водорода и :кислорода, но в моле:куле
1шслоты содержит ся на два атома водорода
меньше и на один атом :кислорода больше, чем
в мо .ч еиуле спирта с тем же числом атомов
углерода. Сравним состав моле:кул винного
спирта С2Н80 и у:ксусной кислоты С2Н402 • Воз­
нпкает предположение, что у:ксусную :кислоту
можно получить из винного
спирта, заменяя в нем два ато­
ма одновалентного водорода на
один атом двухвалентного :кис­
лорода путем о:кисления либо с
помощью ба:ктерий у:ксусно:кис­
. чого брожения, либо при дей­
ствuи окислителей:
КАК ХИМИК СТРОИТ НУЖНУЮ МОЛЕКУЛУ
Подобным же образом можно получать и
другие органичес:кие ю1слоты из соответствую­
щих спиртов с тем же числом атомов углерода.
Для всех этих :кислот будет хара:ктерна та:к
называемая карбоксильная груп­
па, иликарбо:ксил: О
�
-С
"
0-Н
В ней од ин атом водорода связан, :ка:к и в спир­
тах, с :кислородом; поэтому он лег:ко заме­
щается на металлы, образуя соли. У натриевой
СОЛИ у:КСУСНОЙ :КИСЛ ОТЫ, ИЛИ у:ксуСНО:К ИСЛО ГО
натрия, такое строение :
НО
1,!
Н-С-С
1"
н 0-Na
Группа атомов - О .:.
..
..
.
Н в уксусной :кислоте и в
других кислотах, точно та:к же :ка:к и в спиртах,
может быть заменена в соответствующих ус­
ловиях хлором. Тогда получится соедине ние:
но
1,!
Н-С -С
1"
НCl
Оно называется хлорангидридом :кислоты (в
данном случае у:ксусной).
Сравнивая состав у:ксусной :кислоты С2Н402
и метана СН4 , мы видим, что у:ксусная кислота
отличается от метана одним атомом углерода
и двумя атомами :кислQрода, а это молекула
угле:кислого газа. Нельзя ли соединить непо­
средственно метан с угле:кислым газом, чтобы
получить у:ксусную :кислоту? 1:\ сожалению,
этоtо сделать не удается. Но можно сделать так :
н
о
но
1
,!
1,!
H-C-Li+C � Н-С-С
1
�
1"
Н
О
Н 0-Li
т.е. в метане заместить атом водорода атомом одно­
валентного металла, например лития. Такое ме­
таллоорганичес:кое соединение лег:ко реагирует с
углекислым газом и дает у:ксусно:кислый литий.

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Нак видим, и в классе органических нислот
возможен, как говорят, «направленный синтез»,
т. е. построение молекул определенной структу­
ры по заранее составленному плану . Синтез кис­
лот - лишь отдельные, наиболее простые при­
меры такого построения. Нислоты любой слож­
ности и любой структуры могут быть синтези­
ро ваны с помощью рационально подобранных
последовательных реакций.
Сложные эфиры, имеющие близкое отноше­
ние к спиртам и кислотам, широко распростра­
нены в природе - в растительном и животном
мире. Летучие сложные эфиры обладают прият­
ными запахами и встречаются в растительных
эфирных маслах. Все жиры - растительные и
животные - принадлежат к классу сложных
эфиров. Сюда же относятся различные виды
пчелиного воска, содержащие 55 -65 атомов
уг.11ерода в молекулах.
Сложные эфиры при нагревании с едким
нат ром превращаются в натриевую соль кисло­
ты и спирт. При реакции уксусно этилового
эфира С4Н802 образуются уже знакомые нам
уксуснокислый натрий и этиловый (винный)
спирт:
н
нн
11
+ Н-С -С -0-Н
fi
нн
Если мысленно отнять от полученных соеди­
нений элементы едкого натра, а оставшиеся
ча сти молекул соединить друг с другом, то,
очевидно , получится молекула исходного уксус­
ноэтилового эфира:
нонн
1/
f1
Н-С-С-0-С -С-Н
1
11
н
нн
Построить такую молекулу можно различными
способами:
412
но
нн
f1
1/
1) Н -С-С + Cl -C-C-H-+
1f
1"'
н 0-Na
нн
уксуснок и сл ый
натрий
хлористый
эти л
нонн
1/
11
� NaCl+H-C-C-0 -C-C -H
1
11
н
нн
но
1/
нн
11
2) Н--С -С
+ Н-0-С -С -Н-+
1"'
НCl
хлорангидр11д
уксусной
кислоты
11
нн
эт иловы й спирт
нонн
1f
11
-+HCl+Н-С-С -0-С-С-Н
1
11
н
нн
Оба способа действительно приводят к цели,
но на практике уксусноэтиловый эфир получают
из смеси уксусной кислоты и этилового спирта,
нагревая ее с хонцентрировавной серной кисло-
той :
.
но
нн
1/
i1
3) H-C-c-:o=.-и -� iii-0-C-C -H-+
J : ........... ' .... .:
�J
нонн
1/
11
-+ нр+Н-С -С -0-С -С -Н
1
г1
н
нн
Перечисленными реакциями, конечно, не
ограничиваются все возможные пути построе­
ния сложных эфиров. Такие пути меняются в за­
висимости от состава и строения кислоты и спир­
та, сложности их молекул и т. д.
Вообще задача построения нужных молекул
не так проста, как может показаться при рас­
смотрении всех приведенных выше примеров .
Иногда десятилетиями ищут удобный и доступ­
ный путь для синтеза того или иного вещества.
Требуется большое количество промежуточных
реак ций, чтобы окончательное решение было
удачным. Тем не менее в настоящее время хими­
ки научились синтезировать очень многие из
встречающихся в природе соединений , иногда с
очень сложным составом и строением.
Сергеn Вас и.1ьеви•1 .Jl('Оедев
(187-1-1934)
Выдающийся советский химик-оргаm1к. Замеча­
тельный исследователь процессов по.1
1
11 меризации.
По заданию Советского правительства академик
Лебедев создал первый промышленн ый способ пр и­
готов.1
1
евия 11скуоотвенного каучука (11132). Бяа- ..
..
.._
годаря его работам наша Родина освободилась �
от иностранной зависимости и от огромных затрат
ив импорт натурального каучука , который так не­
обходим народному хозяйству - от автомобиль-
ных ш ин до галош и детск11-х мячей .

СЕРI'ЕЙ ВАСВ.1
1Ь
ЕВИЧ ЛЕSЕДЕВ

ИГОРЬ ВАСИ.ЛЬЕВИЧ КУРЧАТОВ

В наше время сложные природные соедине­
нпя успешно синтезируют в лабораториях и да­
же на заводах.
l\раситель индиго
СН С=О
NH СН
,/""'/""'
/""'/�
нс
с
""'/ссн
1
11
С=С
11
1
НС
С
/""'ССН
�/""'/
""'/""',/'
СН NH
С
СН
�о
Анпiб11отик левомицетин
СН=СН ll СН20Н
/""'11
02N-C
С-С-С-Н
�,/'11
ПОЛИМЕРЫ
СН-СН ОН NH-C -CHC12
11
о
В лабораториях и в промышленности синте­
зируются, кроме того, многочисленные соедине­
ния, не встречающиеся в живой природе. Хими­
ки получают в полном смысле слова искусст­
венные материалы.
Строение таю1х материалов обычно очень
сложно, а их свойства, в том числе и механнче­
ские, часто превосходят свойства самых цен­
ных природных материалов.
•
ПО.:111МЕРЫ
Д"1JЯ ЧЕГО НУЖНЫ ПО.JIИМЕРЫ
ное значение. Химия полимеров призвана сыг­
рать немаловажную роль в построении мате­
риально-технической базы коммунизма.
Слово «полимеры>) за последние годы прочно
вошло в наш язык наряду с такими понятиями,
1\а1.; «атомная энергию>, «радиоэлектроника»,
«термоядерная реакцию), «космические полеты>).
Все эти слова олицетворяют наиболее выдаю­
щпеся достижения науки и техники сегодняш�
него дня.
Полимеры, или, как их еще называют, высо­
комолекулярные соединения, изучает и соз­
дает химия, развитию которой придается важ-
Наша земля богата полезными искош1емыми,
и сырьевой голод нам �е угрожает. Но науна
уже сегодня вынуждена вести поиски новых
источников сырья, доступных и неисчерпаемых,
вести поиски веществ дешевых и универсаль­
ны�. таких, которые могли бы заменить и прев­
зойти по своим качествам металлы, древесину,
пищевое сыр:ье, иснользуемые в техничесю1х
целях.
Игорь Васи.Jiьевич Курчатов (1003-1960)
Ученый·коммунист.
Академик.
Сын уральского лесничего. Замеча­
тельный физик нашего времени. Науч­
ные интересы ученого И. В . Курча­
това были широки и многообразны.
Он открыл новый обширный класс
явлений в области электрических
свойств твердого тела, названный им
сегнетоэлектричеством.
Это
новая
область науки с большой техниче­
ской перспективой. В период Отече­
ственной войны он разработал прин­
ципы защиты кораблей от магнитных
мин. Тысячи советских моряков обя­
заны жизнью расчетам ученого.
Больше всего Игоря Васильевича
интересовала проблема атомного ядра.
Она стала целью всей его жизни. Ему
принадлежит открытие явления ядер­
ной изомерии. Под руководством Кур­
чатова было открыто самопроизволь­
ное Jlеление урана. Он возглавил в
нашей стране работы по созданию
первого атомного реактора, первой
в мире атомной электростанции, пер­
вого в мире атомного корабля -
ледокола «Ленин». Академик Кур­
чатов и его ученики первыми открыли
для человечества путь к овладению
неис черпаемым источником энергии­
к осуществлению реакции термоядер­
ного синтеза. Игорь Васильевич очень
много сделал для обеспечения безо­
пасности нашей Родины, для соз­
дания атомной промышлеиности. Это
был ве.111к11й борец за мир. Он не­
устанно повторял: «Мирный атом­
вот наша цель!�'
3а замечательные достижения в
области атомной физию� Родина триж­
ды удостоила его высокого авания
Героя Социалистического Труда. Его
беззаветное служение народу, ве ли­
кая любовь к науке, самоотвержен­
ность, страстность и увлечение в ра­
боте пусть послужат примером д"я
вас, молодые читатели Детской зн­
цикл1шедии.

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Кроме того, новая техника и промышленность
все чаще и чаще испытывают нужду в материалах,
<>бладающих бо.11ее высокой прочностью, твердо­
стью, жаростойкостью и другими свойствами. Без
таких материалов невозможно полностью ис­
пользовать уже достигнутые в технике сверхвы­
-сокие температуры, давления и скорости, нельзя
создавать более совершенные машины, которые
помогут увеличить производительность труда.
Появилась острая нужда в таких веществах,
:которых в природе не существует. Например,
не бывает прозрачных металлов, металлических
изоляторов (диэлектриков) и неметаллических
проводников тока, «вечных» смазок, неметал­
лических магнитных материалов. Что же де­
лать, если Природа «забыла» создать такие ве­
щества, а они нам необходимы? Надо созда­
вать их!
Этим очень трудным, но важным делом и
заннмается химия полимеров. Что­
бы убедиться в том, какую роль эта отрасль че­
ловеческих знаний играет в жизни людей, до­
статочно лишь оглянуться вокруг. Наверняка
из всех попавшихся на глаза предметов боль­
шинство будет продуктами химии, а из них
добрая половина - химии полимеров. Сегодня
без химии немыслим никакой прогресс, невоз­
можно развитие буквально всех отраслей тех­
ники, науки, промышленности, быта.
Химия способна изготовить ткани более проч­
ные, чем шелк и полотно, ткани, не боящиеся
действия химических веществ, обладающие це­
лебными свойствами. Толь.ко она может созда­
вать материалы, которые не растворяются ни
в одной из самых крепких кислот и щелочей,
выдерживают нагрев, при котором любые при­
родные ор ганические вещества обугливаются и
сгорают. Только с помощью химии можно полу­
чить жидкости и масла, не замерзающие при са­
мом лютом морозе и не теряющие своих свойств
вн
·
астоящем пекле.
Лишь химия полимеров способна создать ма­
териалы прочнее стали, легче пробки, эластич­
нее и вwносливее природного каучука, дол­
говечнее дерева и камня.
Создаваемые химией искусственные меха
дешевле, красивее, прочнее, легче, теплее и
износоустойчивее, чем меха редких и дорогих
пушных зверей. Даже в медицине начинают ис­
пользовать полимеры - вещества, заменяющие
кровь, кости и ткани человеческого организма.
И все эти необыкновенные материалы рож­
даются в лабораториях ученых и производятся
на химических заводах из угля, нефти, природ­
ных газов, сланцев, древесных отходов.
474
Поясним, что вещества, получаемые путем
химической переработки природных полимеров,
например вискозное волокно из целлюлозы,
называют и с к у с ственными, а изготов­
ляемые совершенно
заново - с интети­
ческими.
Сейчас человечество вступило в век атомной
энергии. Ученые ищут пути управления тер­
моядерной реакцией. Когда эта важнейшая зада­
ча будет решена - а ее решение, видимо, не за
горами,- забота о неиссякаемых источниках
энергии, которые понадобятся людям номмуни­
стического будущего, будет снята с них на­
всегда. И тогда вся огромная масса ныне добы­
ваемого ископаемого топлива - угля, нефти,
природных газов, сланцев - поступит целико11
1
в распоряжение химиков для производства бес­
конечного разнообразия самых удивительных
вещей. Человечество получает возможность
исправить вековую несправедливость, о которой
в свое время говорил Д. И . Менделеев: «Сжигать
нефть все равно, что топить печь ассигнациями».
Вот почему в создании материально-техни­
ческой базы коммунистического общества в
числе важнейших ее основ признана и хи11
1
ия
полимеров.
РОДО(�ЛОВНАЯ
БОЛЬШИХ :МОЛЕКУЛ
Все окружающие нас вещества состоят из
атомов, которые в ходе самых разнообразных
химических реакций соединяются, собираясь
в молекулы - группы из десятков, а иногда из
сотен атомов. Только немногие атомы, главным
образом атомы углерода, способны соединяться
в длинные цепочки из десятков и сотен тысяч
атомов. Вещества, состоящие из таких гигант­
ских цепочек, и называются полимера ми.
Химики приложили немало усилий, чтобы
разгадать тайны строения гигантских молекул,
хотя это было по существу дерзким вызовом
природе. Ведь вслед за этим можно перейти к
воспроизведению природных веществ искусст­
венным путем, а затем и к созданию подобных
им новых веществ, которых в природе не суще­
ствует.
Разработанная русским ученым А. М . Бут­
леровым структурная теория позволила опре­
делить строение и «разложить по полочкам)>
сотни тысяч органических веществ - от про­
стейшего болотного газа (метана) до змеиного
яда и белка. Многочисленная армия химиков­
органиков начала искать способы производства

искусственным путем не слишком сJюжных орга­
нических веществ - красителей 11 лекарств. Это
и привело в 1\онце концов к зарождению «химии
больших молекущ.
В конце Х IX в. ученые установили химиче­
ский состав целлюлозы, каучука и неl\оторых
белRов. Оказалось, что эти вещества, l\aI\ и
большинство других органичесю1х соединений,
состоят из очень немногих видов атомов - угле­
рода, азота, водорода, серы, ю1слорода. Но за
этой простотой скрывалась масса всевозможных
сюрпризов. Так, целлюлоза, вещество совер­
шенно неплавкое и почти ни в че:м не раствори­
мое, оказалось сходным по химическому соста­
ву с легко растворимым и плавящимся сахари­
стым веществом - глюкозой.
Химикам стало ясно, что секрет противопо­
ложных свойств кроется не столько в химиче­
ском составе этих веществ, сколько в размерах
и строении их молекул. Способность органиче­
сю1х веществ растворяться и плавиться умень-·
шается по мере увеличения Rоличества атомов
в их молекулах. Этим же, в частности, объяс­
няется высокая механическая прочность при­
родных волокон хлопка (целлюлоза), шерсти
(белок), шелка и ... паутины.
Молекулы этих волокон очень длинные. А
так Rак .в их состав входит ограниченное коли­
чество видов атомов, то химшп1 пришли к вы­
воду, что длинные молекулы образуются из
периодически повторяющихся и сравнительно
небольших «кирпичиков». Такие моле.кулы­
«ю1рп11чики» были названы м о ном е рами
(«�юно» - единственный, один). Дшшная моле­
кула целлюлозы (С6Н1005)п представляет собой
цепочку, содержащую до 1U тыс. звеньев. Rаж·
дое звено - это молекула глюRозы С6Н1206,
у которой отнята молекула воды Н20, бдагодарн
чему и произошло соединение модекуJI в цепоч­
ку. Молекула природного каучука сдожилась
11з непрерывно повторяющихся модекул утлево­
дорода изопрена С5Н8, сцепившихся друг с дру­
гом за счет разрыва двойных связей. Мономер­
одно звено, полимер - мноrо повторяющихся
звеньев.
Ученые еще не вполне понимали структуру
природных полимеров, но это уже не мешало им
получать искусственные высоl\омолекулярные
вещества. Были найдены способы превращения
целлюлозы в целлулоид, в ацетатный шелк,
порох, кинопленку, красивые блестящие лаки
и краски.
В начале XJX в. был открыт способ превра­
щения природного каучука в резину путем его
вулканизации. При нагревании каучука в при-
ПОЛИМЕРЫ
сутствии серы звенья его длинных молекул
скрепляются между собой как бы перемычками
из атомов серы. Это придает .каучуку необычную
прочность и эластичность. Главным потребите­
лем резины стала бурно развивающаяся с на­
чала ХХ в. автомобильная промышленность.
И в настоящее время она поглощает более 85%
резины, производимой в мире.
ПЕРВЫЕ ИСКУССТВЕННЫЕ
П.JIАСТМАССЫ
В науке всегда находидись ученые, загляды­
вавшие на десятилетия, а иногда и на века
вперед. Великий русский химик А. М . Бутле­
ров в середине XIX в. первым разработал те
основные принципы, на которых впоследствии
были основаны методы получения полимеров из
низкомолекулярных органических соединений.
Эти работы оказали огромное влияние на даль­
нейшее развитие химии полимеров.
Еще в 1909 г. С . В . Лебедев связал молекулы
бутадиена - газообразного продукта, выраба­
тываемого из спирта,- в длинные цепочки и
получил полимер, сходный с естественным кау­
чуком. Но организовать промышленное произ­
водство синтетического каучука (CR) в России
удалось лишь после Великой Октябрьской со­
циалистической революции, в 1932 г.
В начале ХХ в. резко изменилось отношение
химиков к некоторым веществам, до этого только
загрязнявшим лабораторную посуду. Молодой
бельгийский химик Л. .Бакеланд, работавший
в США, заинтересовался вязкой жидкостью,
образующейся в результате реакции между
давно известными органическими веществами­
фенолом и формальдегидом, растворенными в
воде. Однажды, нагревая эту смесь под давдени­
ем, он получил твердое и прозрачное вещество,
которое прекрасно выдерживало высокую тем­
пературу, было очень устойчиво к действию хи­
мических веществ, хорошо противостояло меха­
ническому износу, не боялось влаги и в довер­
шение всего оказалось великолепным изолято­
ром электрического тока. Новый материал в
честь его создателя быд назван бак ели том.
Бакелит стал первым продуктом новоii отрасли
промышленности - индустрии
пластических
масс.
Нагревая под давлением формадьдегид с мо­
чевиной или анилином, химики получили ряд
пластмасс уже с иными, чем у бакелита, свой­
ствами. Из этих первых промышленных полиме­
ров, созданных, так сказать, на ощупь, изготов-
476

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
ляли различные предметы, применяемые в быту
и в промышленности. Но законов, управляю­
щих их образованием и поведением, никто из
первых исследователей не открыл. Встал вопрос
не только о том, RaR изготовлять те или иные
изделия, но и почему они получаются такими.
Без �того нельзя было создавать новые, еще
более совершенные материалы, уменьшать стои­
мость, расширять области их применения. Изу­
чением полимеров нужно было заняться глубо­
ко и всесторонне.
КАК ПОJIУ ЧАЮТСЯ
MOJIER�'JIЫ -l'ИГАНТЫ
Одно дело - разгадать, как устроен природ­
ный полимер, а другое - искусственно воспро­
извести его или похожий на него полимер, т. е .
«сковатм составляющие его звенья в нужную
длинную цепочку.
Химик, совершающий такое волшебство,
чем-то напоминает строителя. Но вместо оди­
наковых и реально осязаемых кирпичей у хими­
ка множество невидимых кирпичиков и даже
целые готовые блоки из них самой различной
величины и формы, образованные из молекул
исходных органических веществ - мономеров.
Не все органические вещества способны обра­
зовывать полимеры. Органические соединения,
состоящие лишь из атомов углерода, обрамлен­
ных с нескольких сторон атомами водорода,
называют предельными или насы­
щенными углеводородами. Это
означает, что сами по себе молекулы этих ве­
ществ соединяться в еще более длинные цепочки
не могут.
Однако в молекулах некоторых углеводоро­
дов атомы углерода связаны между собой двой­
ными и даже тройными связями. Такие углево­
дородыназываютнепредельными или
ненас ы щенными. В химическом отно­
шении они намного активнее насыщенных. Та­
ковы, например, газы:
нн
11
С=С
11
нн
3ТИЛен
с.и.
Н-С==С-Н
ацетилен
с.и.
Особенность молекул непредельных углево­
дородов заключается в том, что при определен­
ных условиях одна из связей между атомами
углерода может быть разорвана, и тогда молеку-
4'78
ла приобретает способность присоединять к се­
бе одну за другой множество таких же молекул.
Образуется одна гигантская молекула-цепочка,
состоящая из нескольких десятков и сотен ты­
сяч метиленовых групп СН2• Таким путем поя­
вился на свет поли этилен. Из газа воз­
никает твердое вещество, обладающее большой
механической прочностью.
Благодаря своим исключительным свойствам
в промышленности, изготовляющей электриче­
ские кабели и провода, 1 т легкого полиэтиле­
на заменяет 3 т очень дорогого свинца. Из
полиэтилена можно изготовлять и всевозможную
тару: химическую, обычную посуду и даже
огромные цистерны для перевозки жидкостей.
Полиэтилен - отличный материал для футе­
ровки(облицовки) изнутри металлических труб,
применяемых для перекачки кислот и других
жидкостей, разъедающих металлы. Там, где
стальные трубы приходилось менять каждые два
месяца, трубы, облицованные изнутри полиэти­
леном, служат больше трех лет.
Из полиэтилена изготовляют и сплошные
трубы - прочные, гибкие, практически «ве•1-
ные». Трудно даже подсчитать, какое I<оличе­
ство газовых, водопроводных и иных металли­
ческих труб можно будет заменить на более
стойкие и дешевые - пластмассовые. Можно
представить себе машину будущего, которая
на ходу роет траншею, тут же отливает полиэти­
леновую трубу, укладывает ее на место и засы­
пает землей. Вот почему ускоренному развитию
производства полиэтилена в нашей стране сей­
час уделяется огромное внимание
,
.
Из полимеров - молекул-цепочек - состоят
и все клетки живой материи - растений и жи­
вотных. Вот перед нами дерево. Целлюлоза­
главная составная часть древесины - полимер.
Мясо и шерсть животных - полимеры. Угле­
воды и белки зерновых злаков - тоже полиме­
ры. Волокна хлопка, шелка, смола растений и
многих других природных веществ - все это
представители �еликой семьи полимеров. Мил­
лионы лет природные гигантские молекулы,
или полимеры, обеспечивали человека пищей,
одеждой, теплом, кровом.
Свои величайшие богатства природа созда­
вала из очень сложных молекул. Эти невероятно
тонкие структуры, выработанные в процессе
развития живой материи, наделены бесконечным
разнообразием свойств и качеств. Человек
просто брал от природы все эти блага готовы­
ми. Высокомолекулярные соединения довольно
долго представляли для химиков загадку, «кни­
гу за семью печатями». J\огда же во всеоружии

А
в
г
е>
+МЕТАН (сн4)
lfffo
БУТАН (с4нtо)
.•
,
..
,.
*ЭТАН (С2Н6)
е>
ГЕКСАДЕКАН (С16 Н34) и ДР.
ТВЕРДОЕ ТЕЛО (ПЛАСТМАССЫ)
ПОЛИМЕРЫ
*
ПРОПАН (С3Н8)
!1111 ()
ПЕН ТАН ( С5 Н,2)
Способностью соед1шяться в длинные цепочки (полимеры) обладают атомы углерода, обра мленные с не­
скольких сторон атомами водорода, так называемые углеводороды. Если в такой молекуле содержится ме­
нее пяти атомов углерода, то вещество обычно имеет газообразную форму (А); от 5 до 11 атомов углерода­
<1то УJКе жидкос ти (J>); бо.1
1
ее 12 атомов углерода - твердые вещества, например парафины (В). Цепочки ив
десятков и сотен тысяч атомов углерода образуют высокопрочные пластические вещества, например поли<1т11-
лен (1').

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
н ·ffffiff
ЭТИЛЕН
ПОЛИЭТИЛЕН
� ·ЦЧJ+"
ПРОПИЛЕН
ПОЛИПРОПИЛЕН
н ·iiiifi
ВИНИЛХЛОРИД
ПОЛИВИНИЛХЛОРИД
дивинил
ФОРМАЛЬДЕГИД
• УГЛЕРОД ()ВОДОРОД C4l) ХЛОР
@кислоРод
Важнеiimие мономеры и соответствующие 11м ПОJIИМеры.
478
приобретенного веками опыта они начали иссле­
довать вещества, из которых состоит органиче­
ский мир, перед ними открылись неисчерпаемые
и необъятные просторы. Свыше двух миллионов
химических соединений знают теперь химики­
органики, и это количество увеличивается бук­
вально наждыii день.
l\ак мы уже говорили, простейшим мономе­
ром является этилен. Некоторые из мономеров­
те же мо.1
1
еку.r�ы этилена, в которых один нз ато­
мов водорода замещен каким-либо другим атомом
или группой атомов.
Если в мо.r�екуле этилена один из четырех
атомов водорода заменен атомом хлора, то
получается уже другой мономер - в и н и л­
х л о р и д, из которого образуется пош1мер
поливнннлхлорид,-материал,имею­
щий тысячн применений.
нн
11
С=С �
11
НCl
ВИН11�'1-
х,,орид
нннннннн
11111111
-С
- С-С -С-С-С -С-С
11111111
НClНCJНClНCL
поливинилхлорид
По сравнению с полиэтиленоJ\f полив1шил­
хлорид об.1
1
адает меньшей горючестью, большей
жесткостью и высокой механической прочно­
стью, особенно при ударных нагрузках. И з
пропитанноii нм тнани изготовляют прочные
ремни для шахтных транспортеров, ттлитю1 для
полов, водопроводные трубы и множество дру­
гих изделий. Поливинилхлорид заменяет метал­
лы. 1 т этого полимера сберегает 6 т стали.
В южных районах, особенно в Средней
Азии, вода ценится на вес золота. Для орошения
полей вода поступает через сильно разветвлен­
ную сеть ирригационных сооруженпii. При этом
значительная часть воды просачивается с1шозь.
стенки :многочисленных каналов н уходит в зем­
лю, не дойдя до посевов. Но еслн стенни кана­
лов выст.11ать тонкой поливинилхлорндноii
пленкой, утечка воды практически пренратится.
Замена в этилене одного из атомов водорода
группой CN приводит к образованию мономера
акрилоннтрила. Из него получается
полиакрилонитрил-материал для
изготов.11ения синтетических волокон (орлон,
нитрон, акрилан). Нити из нитрона в четыре раза
прочнее натуральной шерсти. Меха, ковры,
одеяла, перчатки, носки, свитера из нитрона
так же теплы 11 мягки, ка�' 11 сделанные пз вер­
блюжьей шерсти. Изделия из него после стирюr
не нужно гладить.

Цепочка полимера, «собранного» из многих
мономеров, в свою очередь может принять уже
три различные формы.
Боковые группы (Cl, CN, СН3 и др. ) «смо­
трят» в любые стороны как попало. Такие по­
лимерыназываютатактическими. Все
боковые группы «направлены» в какую-либо
одну сторону. Такие цепочки легно укладыва­
ются параллельно друг другу и способны об­
разовывать полимеры, напоминающие вещества
с частично кристаллической структурой. Их на­
зывают изотактическими. Наконец,
полимеры, боковые группы в которых распола­
гаются по обеим сторонам, но в каком-то оп­
ределенном порядке чередования, называют
синдиотактическими.
Полимеры могут состоять не из одинаковых,
а из разных мономеров, которые также соеди­
няются друг с другом в цепочки в полном бес­
порядке или в каком-то определенном порядке.
"У таких полимеров в качестве боковых отрост­
ков на месте отдельных атомов или групп атомов
могут быть присоединены мономерные и даже
полимерные молекулы.
Мы видим, какое огромное количество вари­
антов цепочек можно составить, имея в своем
распоряжении столь богатые возможности, ком­
бинировать порядок расположения атомов и
групп атомов в пределах мономеров, а сами мо­
номеры - в цепочке всего полимера! И каждое
изменение в структуре полимера означает ка­
кое-то определенное изменение механических
пли иных его свойств.
«ШВЕЙНАЯ ФАБРИКА»
ГИГАНТСКИХ МОЛЕКУЛ
Моленулы-мономеры сами собой в длинные
цепочки не соединяются. Чтобы заставить их
сое диняться в полимер, нужно «ввернутЬ» в мо­
лекулу по какому-то особому «крючочку». Для
этого существуют две основные химические
реакции:поликонденсацияипоJIи­
меризация. Этиреакциипротекаютпри
различных условиях: одни при нагревании,
другие при очень низю1х температурах. При­
ходится применять то высокие, то низкие дав­
ления и катализаторы-инициаторы. Только _в
результате энергичного воздействия исходные
мономеры перестраиваются, расположенные на
их концах атомы приобретают способность свя­
зываться, сцепляться с другими атомами, как
сцепляется на сортировочной станции поезд:
вагон за вагоном.
ПОЛИМЕРЫ
Структуры пол11мерных цепочек: а) атактичсские;
б) изотакт ические; о) с11ндиотактичсские.
ПОЛИКОН).ЕНСАЦИЯ
Процесс поликонденсации - сложная хими­
ческая реакция, в ходе !'оторой от так называе­
мых
функциональных
групп,
расположенных на концах мономеров, отщеп­
ляются не очень прочно удерживаемые ими от­
деJ1:ьные атомы или даже их целые группы. Этим
поликонденсация отличается от полимеризации,
при которой исходные вещества превращаются
в конечный продукт без всяких «отходов)>.
К таким функциональным группам в моле­
кулах органических веществ относятся амино­
группа NH2, от которой легко отрывается атом
водорода, и карбоксильная группа СООН,
от которой отрывается уже гидроксильная груп­
па ОН. Когда молекула с карбоксильной груп­
пой на одном или на обоих концах встречается
с молекулой, наделенной аминогруппой, тоже
на одном или на обоих концах, то отрывающий­
ся от аминогруппы атом водорода получает
возможность соединиться с группой ОН, от­
рывающейся от карбоксильной группы. Обра­
зуется молекула воды. При этом у первой моле­
кулы освобождается связь при атоме углерода,
479

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
а)
8t:
::1fi.U
&c:
::Jl
ll
•BBBli
il
ll
��l&JI
Ь)
••1:J1go•вo••o••a•�
В)
�-118:]�[:
:181
·····���··
г)
11
11
11
1
1i
•c:
:J
8t:
:J
8t:
:3
8t:
:1
8t:
:J
•Qll
1
1
11
1
:
1
�
l
·
·F
••r,
-
".
- - ОТДЕЛЬНЫЕ
МОНОМЕРЫ
По.111м1·рНЫI' цепочк11, СОСТОЯЩ\11' llЗ мономеров, можно со­
стаи.чпть разл11чно: а) 11 полном беспорядке; 6) в какой-.111 бо
строгой 11ослсдовательноет11; ") гр)·ппам11 (блоками); 1) пр11сое­
д1111ен�1см боковых веточек; d) перекрещ111
1
ающимися ветвям11.
а у второй - при атоме азота. Через этн связн
молекулы и получают возможность смыкаться
друг с другом в длинные цепочки.
EcJ111 у наждого исходного мономера .'lншь
одна функциональная группа, то попарным сое­
динением друг с другом этих молекул все и кон­
чается. Таной тип химической реакции назы­
вается к о нде нса ц и ей. Еслиже мономер
содержит не менее двух функцнональных групп,
появляется возможность последовательного
присоединения к получающейся цепочке все
новыхиновыхзвеньев.Этоужеполинон­
денсация(рис.1
-
цв. табл.).
Поликонденсация идет сравнительно медлен-
,488
но и, I\роме того, не позволяет «выращиваты
очень длинные молекулы. J\ счастью, для созда­
ния многих полимеров, например нейлона,
вполне достаточно моленул с молекулярным
весом от 10 UOO до 20 UUO.
Методом поликонденсации получают смо.'lы,
применяемые нак связующие вещества при про­
изводстве фанеры, электроизоляционных нзде­
люl, плит и изделий из прессованных древес­
ных опилок. Поликонденсация дает нам по­
лимеры, из ноторых получаются иснлючите.11,­
но прочные волонна - напрон и лавсан. Из
капрона делают почти невесомые чулки, проч­
ные мужсние носки, шубы и многое другое.
Однако большее значение имеет техническое
применение напрона. Изготовленные из него мор­
ские канаты в неснольно раз прочнее самых
лучшпх пеньновых, очень эластичны и не рвут­
ся при рывках. Рыболовные сети из ю�uрона не
намокают и не гниют. Делают из него и особен­
но прочную нордовую тнань для автомобильных
и самолетных шин, резервуары для нефти емко­
стью до 600 т. J\араваны таких «таннеров» мож­
но буксировать по воде одним судном. J\ащю­
новые шестерни меньше изнашиваются, чем ме­
таллические, и совершенно бесшумны в работе.
Лавсан получают из терефталевой нислоты 11
этиленгликоля. Это белоснежное и мягкое, как
пух, шелковистое волокно, напоминает перво­
классную шерсть, а по своим начествам значи­
тельно превосходит ее. Из лавсана делают вы­
сокопрочный шинный норд, невоспламеняющ1ю­
ся транспортерные ленты (особенно нужны онн
во взрывоопасных угольных шахтах), приводные
ремнн, химичесние фильтры, изоляцию. Из него
вырабатывают не пропусl\ающие воду брезенты,
пожарные ру1шва, снладные Jrодю1 и байдар1ш,
палаткн, шланги, паруса, специальную одежду
для рыбанов и трантористов.
Из лавсана получаются превосходные плен­
ки, которые почти не пропусl\ают газа 11 бо.1ее
1'а6.1ича -к cmamъe �сllолимеры.»
1. Две молекулы гекеаметилендиамина и адиш1110-
вой кислоты, соединяясь в цепочку, высвобождают
молекулу воды Н - О
-
Н. В результате непрерыв­
ного р оста цепочки образуется полимер нсйлоиа-66 .
2. Свободный радикал Н - О, получаемый пр11
расщеплении перекиси водорода, 11меет одну сво­
бодную валентную с11язь, через которую он н со<'­
Д11няется с мономером акрнлоннтрила. Прн этом
свободная валентная связь перемещается на конец
мономера. Мономер акрилонитрила получ11ет воз­
можность присоединить к себе другой такой же
мономер, а переместившаяся на конец этоrо моно­
мера свободная валентная связь - присоединить
. к образующейся цепочке третий мономер н т. д.
Процесс н епрерывноrо увеличения длины цепочки
мономера прекращается лишь тоrда, когда две такие
цепочки соединяются друr с друrом своими свобод­
ными валентными связям11.

1. ПРОЦЕСС ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ
ВОДА
2. ПРОЦЕСС ПОЛИМЕРИЗАЦИИ
• УГЛЕРОД
.ВОДОРОД
.АЗОТ
• КИСЛОРОД
• СВО50ДНАR
ВАЛЕНТНАR
связь

1. КАУЧУК И
"-+
1
1
МОЛЕКУЛА БУТАДИЕНА
ЗВЕНО МОЛЕКУЛЯРНОЙ
ЦЕПИ БУТАДИЕНА
МОЛЕКУЛА ПОЛИБУТАДИЕНА (ИСКУССТВЕННЫЙ)
КАУЧУК •СКД»
МОЛЕКУЛА ИЗОПРЕНА
2. МЕТОД ПРИВИВКИ ПОЛИМЕРОВ
З. КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ
ДВУОКИСЬ КРЕМНИЯ (кВАРЦЕQЫЙ ПЕСОК)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
•-----------
-----------·
1
1
1
1
1
1
1
СИЛОКСАН

прочны, чем алюминиевая фольга одинаковой
с ним толщины. Их широко применяют для изо­
ляции электрических проводов, упаковки пище­
вых товаров, для изготовления баллонов, в ко ­
торых хранят газы и жидкости.
ПО.JIИМЕРИ3АЦИЯ
В процессе полимеризации получаются ги­
ганте.кие молекулы-цепочки из сотен тысяч и
даже миллионов составных звеньев. Если в поли­
конденсации участвуют молекулы и на концах
у них за ранее заготовлены «к рючочки», с помо­
щью которых они соединяются в цепочки поли­
мера, то в процессе полимеризации эти «крю­
чочки» создаются лишь в тот момент, когда
каждый мономер становится на свое· место в
цепочке (рис. 2 - цв. табл. к стр. 480) .
Мы уже говорили, что не все мономеры сра­
зу, без предварительной подготовки, пригодны
для создания полимеров. Поэтому чаще всего
их приходится предварительно перестраивать
и только после этого приступать к «сшиванию»
в длинные цепочки.
Чтобы уяснить, как все это происходит
в действительности, последовательно рассмот­
рим процесс создания синтетической пласти­
ческоймассыполитетрафторэтиле­
ва, или фторопласта (тефлона).
Это один из самых сложных процессов. Он на­
глядно покажет методы и приемы, к каким при­
ходится прибегать современной химии высоко­
молекулярных соединений (цв. табл. к стр. 488).
Химики заранее задались целью получить
вещество, которое обладало бы сочетанием
свойств, не встречающихся в природе. В качест­
ве исходного вещества был взят газ метан. Что­
бы конечный продукт был теплостоек, устойчив
к самым сильным химическим реактивам и об­
ладал многими другими достоинствами, атомы
водорода в нем нужно заменить атомами фтора.
Для этого метан подвергают действию хлора.
В ходе химической реакции из молекулы ме­
тана удаляются три атома водорода и на их
место становятся три атома хлора. Вместо мо­
лекулы метана образуется молекула хлорофор­
ма CHCI3• Один атом водорода еще сохра­
няется. Хлороформ подвергают воздействию фто­
ристого водорода. Из молекулы хлороформа
удаляются дв а атома хлора, и на их место ста­
новятся два атома фтора. Образуется молекула
дифторхлорметана СНF2CI.
Итак, атомы фтора заняли в молекуле мета­
на место атомов водорода. Сейчас уже можно
о31д.э.т.з
ПОЛИМЕРЫ
приступить к созданию тетрафторэтилена -
исходного мономера, необходимого для построй­
ки цепочки задуманного полимера.
Остается удалить из новой молеку.11ы «вспо­
могательный» атом хлора и атом водорода, кото­
рые тяготеют друг к другу и стремятся соеди­
ниться в молекуду HCI. Но это может произой­
ти ш1шь в ходе взаимодействия двух молекул
дифторхлорметана, так как иначе в них оста­
лись бы свободные (ненасыщенные) связи у ато­
мов углерода:
Заготовка исходного вещества закончена.
Можно приступить к «сшиванию» полученных
мономерных молекул в политетрафторэтилен.
Процесс полимеризации проводят под высоким
давлением в присутствии катализатора, на­
пример перекиси водорода.
FF FF FFFF
11
111111
С=С-+-С
-
С-С
-
С-С
-
С-:
11
111111
FF FF l<'FFP
Полученный полим
.
ер - белая твердая мас­
са - обладает необыкновенными свойствами и
сохраняет их в очень широких температурных
пределах, от -60° до +300°.
На фторопласт не действуют ни щелочи, ни
кислоты. Его не растворяет даже так называе­
мая «царская водка» (смесь соляной и азотной
кислот), разъедающая золото и платину. По­
этому фторопласт, который иногда называют
«органической платиной»,- идеальный мате­
риал для изготовления химической посуды,
труб и аппаратуры. Кроме того, пока это самое
скользкое вещество в мире. Брошенная на стол
пленка из фторопласта может буква.11ьно «стечы>
на пол. Если скользящую поверхность лыж под­
бить такой пленкой, скорость спуска с горы рез­
ко увеличивается. Фторопластовые подшипни­
ки в некоторых приборах и машинах могут ра­
ботать бесконеч.но долго без всякой смазки!
Фторопласт - прекрасный диэлектрик, обла­
дающий к то_му же исключительно высокой теп­
лостойкостью. Защищенные им электрические
провода и обмотки могут выдерживать перегрев
до 400° (температура, при которой плавится
свинец). Единственный недостаток полимера -
трудность и сложность переработки его в изде­
лия - пленки, волокна.
48:1

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
СЕКРЕТ ПРОЧНОСТИ
Молекулы органических веществ, образовав
длинные цепочки из десятков и сотен молекул­
мономеров, приобретают необычную прочность.
Происходит это из-за исключительной «цепко­
сти» атомов углерода. Возьмем цепочку уже
знакомого нам полиэтилена. Ее метиленовые
звенья прочно «сшиты» между собой валентны­
ми связями углерода. В свою очередь метиле­
новые звенья двух соседних молекул тоже при­
тягиваются друг к другу, но довольно слабо.
Чтобы разорвать валентную связь между двумя
углеродными атомами, нужно затратить при­
м:ерно в 160 раз больше энергии, чем для того,
чтобы переместить относительно друг друга
два соседних метиленовых звена. Поэтому ото­
рвать одну от другой обычные малые молекулы,
например расплавить вещество, которое они
образуют, или просто разъединить их механи­
ческим путем куда легче, чем разорвать самое
молекулу.
А вот в гигант
.
ско.й молекуле все происходит
иначе. Чтобы переместить две такие молекулы
друг относительно друга, нужно .силу притя­
жения двух метиленовых звеньев умножить на
общее количество таких звеньев во всей цепочке
полимера. А их может быть несколько десятков
тысяч. В этом случае куда легче разорвать самое
молекулу, чем оторвать друг от друга две мо­
лекулы полимера.
482
Выше речь шла главным образом об одной,
отдельно взятой гигантской молекуле. Но в лю­
бом, даже ничтожно малом, количестве вещества
их превеликое множество, и от того, как они
располагаются друг относительно друга, зави­
сят и свойства вещества. Цепочки могут рас­
полагаться прямолинейными параллельными
пучками, вроде проводов в телефонном кабеле.
Тогда вещество приобретает свойство прочных
эластичных волокон или очень гибкого твердого
тела. Если же молекулы свернуты в клубки,
вещество приобретает способность сильно рас­
тягиваться и вновь сокращаться, вроде всем
хорошо знакомых изделий из каучука.
В зависимости от этого в них проявляются
самые необычные и неожиданные сочетания
физических свойств. Они могут одновременно
счастливо сочетать в себе
·
упругость, свойствен­
ную газообразным веществам, текучесть и не­
сжимаемость, присущие жидкостям, сопротив­
ляемость любому изменению формы, характер­
ную для твердых тел.
Например, некоторые полимеры способны
течь, как и жидкости, и одновременно обладают
огромной вязкостью, в миллионы раз боль­
шей, чем очень вязкие вещества, например
масла. При медленном механическом воздей­
ствии на них такие полимеры весьма податли­
вы, легко деформируются и как бы текут. При
более
.
быстром воздействии онн сопротивляют­
ся, как самая упругая резина, а при ударе ведут
себя, как твердое тело.
СТЕКо.110, КОЖА И.Jlll I•ЕЗИНА?
Все полимеры можно разделить на две боль­
шие группы: полимеры, имеющие аморфную
структуру, такую, как, например, стекло,
и полимеры с
частично кристаллической
структурой.
В аморфных полимерах молекулярные це­
почки переплетены друг с другом в самых при­
чудливых комбинациях. Такие полимеры ис­
пользуют для по.'Iучения различных веществ -
от искусственной кожи и резины до органиче­
ского стекла. Иначе говоря, они могут обла­
дать свойствами и стекла, и резины, и кожи.
Однако эти их свойства существуют только при
обычной, комнатной температуре. Резина, если
ее заморозить до температуры -80°, разлетает­
ся при ударе, как стекло. Если же стекловид­
ную пластмассу начать нагревать, то она ста­
новится сначала мягкой и гибкой, как кожа,
затем приобретает свойства резины, а при даль-

вейшем наrревании окончательно теряет свою
форму и превращается в тяrучую вязкую
жидкость.
Нужно заметить, что при наrревании поли­
меры никоrда не переходят в парообразное со­
стояние, как вода или друrие жидкости. Этому
препятствуют большая длина их молекул и
сильное притяжение молекул друг к друrу в рас­
плавленной массе. Однако жидкий полимер -
это не обычная жидкость. Его текучесть опре­
деляется не способностью каждой отдельной
молекулы скользить вдоль друrой, как у обыч­
ных жидкостей, а способностью всей совокуп­
ности отдельных звеньев длинных молекуляр-
ных цепочек скодьзить вдоль друrих. Следова­
те.'lьно, вязкость полимера зависит rлавным
образом от длины ero молекул.
ПОЛИМЕРЫ
не приобретают свойств резины или кожи, утра­
чивая только хрупкость, но не твердость. За­
кристаллизовавшиеся участки не дают издеш1ю
изменить приданную ему форму. Твердость та ­
ких полимеров зависит от количества криста.'1 -
лических участков. Однако аморфные участки
придают веществу достаточную упругость, что
особенно полезно в тех случаях, когда изделие
подвергается ударным нагрузкам.
Некоторые природные полимеры (шерсть,
шелк, хлопок) потому и обладают высокой:
прочностью, что их молекулы определенным
Мноrпе подимерные вещества в таком
состоянии леrко превратить в любое rотовое
изделие путем прессования. При выдавлива- а)
нии их через тончайшие отверстия получаются
длинные нитп, из которых затем изrотовляют
волокно и ткут ткани. Так ведут себя высоко­
молекулярные вещества с линейными или ли­
нейно-разветвленными
молекулами-тер-
мопластические полимеры,т.е.
такие, которые можно повторно размяrчить и
формовать в нужные изделия.
Иначеведутсебятермореактивные
пол имеры. При их наrревании между со­
седними молекулами образуются мноrочислен­
ные связки, препятствующие взаимному сколь­
жению цепочек полимера, и он необратимо твер­
деет.
Еще более частое расположение таких связок
позволяет полимеру сохранять стекловидное
состояние до температуры, при которой вместо
размяrчения сразу начинается ero разложени�.
Так ведет себя при наrревании, например,
бакелит.
Ко второй rруппе относятся полимеры,
структура которых частично напоминает струк­
туру кристаллических тел. Эти свойства при­
ходятся на те участки полимера, где все корот­
кие отрезки большого числа длинных молекул
улегш1сь параллельно друг другу. Такие остров­
ки порядка в море беспорядка можно обна­
ружить при помощи рентгеновских лучей. Рас­
положенные между ними звенья образуют
аморфные участки полимера. Они служат как
бы своеобразным клеем, скрепляющим медкие
кристаллики вещества полимера в твердое тело.
Свойства частично кристаллических поли­
меров изучены еще сравнительно мало. Уста­
новлено, что при повышении температуры ою1
31*
Будет ли полимерное вещество обладать спосо6ностью повтор.
но размягчаться и форr.rоваться в новые изделия �ши :кс необ­
ратимо твердеть, зависит от взаимного расположения пол11-
мерных цепочек. Пр11 линейно-разветвленном расположении
мономеров получаютсн так называемые тсрмопластическ11е
полимеры (а); при поперечных связях с соседним11 цепоч-
ками - тсрмореактивные полимеры (б).
488

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
образом ориентированы в пространстве. Когда
такую ориентацию удается осуществить в син­
тетпческих волокнах, их прочность прибли­
жается даже к прочности стали.
J' llCTOROB ВЕКА ПO.JIHi\IEPOB
Изменяя состав исходных мономеров, поря­
док их чередования в гигантских молекулах,
ус:ювия синтеза и последующей обработки по­
лученных материалов, можно практически не­
ограниченно изменять свойства полимера: от
легко воспламеняющихся до совершенно него­
рючих и жаростойких; от растворимых в воде
до отталкивающих влагу; от хрупких и тяжелых,
как металл, до эластичных н гибких, как кау­
чук, шш в десятки раз более легких, чем вода.
В этой сложной области органической химии
ученым · предстоит решить еще очень 11 очень
много загадок. Сейчас в распоряженни химпков
более 40 видов исходных органических моно­
меров. Может показаться, · что это не так уж
много - 40 видов. Но из этих «кирпичн­
ков)> получают бесконечное ко.тшчество синте­
тических веществ - во .110.кон, смол п пласти­
чесю1х масс. Каждый день приносит нам все
новые и новые открытия, новые материалы.
Вот, например, каучук. Известен лишь один
n1ц природного каучуна - изопреновый. Его
мо.1екула имеет та�ю/1 вид:
н
1
Н Н-С-Н
Н
""-1
/
С=С-С=С
/
1"'
и
н
н
Цепочна полимера природного каучука образо­
вана примерно из 15 ООО моленул изопрена.
Новосе.1ы семьи по.1и11еров
Пол11органомета.ыос11.1оксаны .. .
1'акое М)'дреное название!
Впрочем, длп хJ1м1111 это не редкость.
Есд11 же говорить о ка•1ествах эт11х
новых пол11меров, то он11 обещают
многое. Вы )'ЖС знакомы с кремн11й­
орган11ческ11м11 по.111мерамн. Они стоят
на гран11 двух х11мичеек�1х миров -
орган11чсскоrо
11
неорган11ческоrо.
В молекулах эт11х полимеров вместе
с �·глеродом прнс)·тствуют также ато­
мы кремния 11 к11с.1орода. Это прндает
полимеру очень важное свойство -
жаростойкость. Кремнийорган11ческ�1с
лак11, напр11мер, выдерживают тем­
пературу 300-�00°.
Кан образуются углеводородные цепи при­
родного каучуна, ученые пона еще не знают,
но хпмпю1 стремились создать синтетичесний нау­
чу.к со струнтурой, близной к природному.
Именно таной научу.к, марки «СКИ)>, создан
советсними учеными.
У резины, изготовленной из натурального
каучу.ка, целый ряд недостатнов. Она разбу­
хает в бензине, боится масла, разрушается при
нагревании выше 120°. Но химики создали мно­
го сортов искусственных каучунов, устойчивых
к действию бензина и масла, глубоного хо.чода
и температур выше 100°, например полибута­
диеновый «СКД)> (рис. 1- цв. табл. к стр. 481).
Недавно полученный полиуретановый каучун
химичесю1 совершенно не похож на естествен­
ныii. Он настолько износоустойчив, что изго­
тов.ченные из него шины, по-видимому, смогут
пережить автомобиль.
Из стенлянного волокна или тнани, связан­
ной эпонсидными смолами, прессуются норпуса
автомобилей, лодок, кораблей, детали изде­
лий 11 шахтного оборудования и даже.. .
спи­
ра.11ьные пружины, ноторые по своей прочно­
сти, выносливости и упругости превосходят
стальные.
Существуют полимерные клеи, способные
снлеивать все, что угодно, например резец с
державной. При перегрузке чаще лопается ре­
зец иш1 державка, чем место склейки. Поверх­
ность снлейни, равная всего 20 см2, способна
уже через полчаса выдержать вес легнового
автомобиля с тремя пассажирами. Подобные
нлеи применяются для «шитья» одежды, снлей­
ни корпуса и крыльев самолета и даже для
строительства металличесних клееных мостов!
Из смеси неноторых полимерных клеев, из­
готовленных на базе фурфурола и песна, полу­
чается отличный легкий, быстротвердеющий,
А что, есл11 в неорган11ческую часть
молекулы ввестn, помимо кремния,
и друrне элементы: алюмнний, титан,
бор? Очень заманчиво!
И вот · уже созданы новые полиме­
ры - их -то и называют полноргано­
металлосилоксаиами. В молекулярной
цепочке таких полимеров находятся
звенья:
кремюtй - кислород - алю ­
миний, кремний - кислород - титая,
кремний - кислород - бор и др, Идя
по этому пути, наши химикtt создали
так называемые циклолинейные по­
лимеры с очень интересными свой­
ствами. Они ие плавятся до темпера­
туры 500-600°!

влагостойкий бетон, прочный и на сжатие и на
растяжение, не нуждающийся в армировании
сталью. Он не боится огня, кислот, щелочей,
морской воды, времени, не нуждается в окраске.
Так же необычен и «твердый» бензин. Он
заключен в блоки из миниатюрных пластмас­
совых сот с очень тонкими стенками. Его можно
перевозить и хранить открытым, он не испарит­
ся и не вспыхнет. Перед употреблением бензин
из полимерного блока выжимают, как воду из
губки, небольшим ручным прессом.
Но и это еще не все. Зная законы образо­
вания поJiимеров, можно изменять свойства
высокомолекулярных соединений совсем уже
необычными способами. Допустим, в полимер,
не обJiадающий высокой температурной стой­
костью, удалось ввести еще один тепJiостойкий
мономер, который нарушил первоначальную од­
нообрааную структуру цепочки. В резу.11ьтате
получиJIСЯ так называемый с о пол и м е р,
т. е . как бы двойной полимер, обJiадающиi'I уже
высокой теплостойкостью. Чередуя определен­
ные количества мономеров одного вида с тем
или иным числом мономеров другого вида, мож­
но получить сополимеры с самыми различными,
порой даже неожиданными свойствами, напри­
мер: с очень большой сопротивляемостью раз­
личным растворителям, высокой прочностью,
гибnостью, растяжимостью, долговечностью.
Для создания полимеров применяют и ме­
тоды прививки примерно так, как это
деJiается в садоводстве (рис. 2 - цв. табл.
к стр. 481). К какому-либо мономеру, входя­
щему в качестве звена в цепочку основного по­
лимера, сбоку присоединяется мономер, являю­
щийся начальным звеном цепочки другого
полимера. Для такой операции из молекулы­
мономера тем или иным способом удаляют какой­
либо из атомов, обычно атом водорода, а на ос­
вободившиеся места наращивают боковые це­
почки. Прямолинейная гигантская молекула
начинает ветвиться, как дерево. Но ветви эти
имеют особый, отличный от нее состав, и весь
по.1ученный таким путем полимер приобретает
совершенно новые свойства.
Так можно, например, «привиты ветку по­
листирола к цепочке молекул целлюлозы.
Последняя жадно впитывает воду, а полисти­
рол отталкивает ее. В результате материалы,
изготовленные из такой «Привитой» целлюлозы,
приобретают способность отталкивать воду. Это
весьма важно для тканей, идущих на изготов­
ление палаток, плащей, складных лодок и т. д.
Сколько огорчений и неприятностей вызывает
вид по:r.и�:той одежды, плохо выглаженного
ПОЛИ:МЕРЫ
белья, сколько полезного времени отнимает
их утюжка! «Прививая» молекулы акрилонитри­
ла к молекулам целлюлозы, можно получатr.
волокна для немнущихся тканей.
Некоторые полимеры обладают ценными
свойствами полупроводников (см. ст. «Полу­
проводники»). Такие вещества очень нужны
для современной радио электроники, приборо­
строения, космической навигации.
11 В ОГНЕ НЕ l'ОРИТ.••
Действие некоторых фантастических рома­
нов развертывается на планетах, где темпера­
тур
.
а достигает нескольких сот градусов, где
текут реки из расплавленного камня, а насе­
ляющие эти планеты живые существа выдержи­
вают подобную ;.нару.
Так могло, пожалуй, быть, если бы в со­
ставе живой материи - молекул органического
вещества- место атомов углерода заняли ато­
мы кремния. Все, что в природе связано с этим
элементом, например кварц, песок, отличается
высоной теплостойкостью.
Конечно, создать живую материю на основе
кремния еще никому не удавалось. Но ввести
в некоторые органические полимеры атомы
кремния ученым уда.1
1
ось еще лет 30 назад. Тог­
да впервые были получены полимеры-гибриды
из углеводородных и кислородных соединений
кремния, т. е. органических и неорганических
веществ, что впоследствии привело к идее со­
здать деiiствительно ни на что не похожие
полимеры.
Современная промышленность нуждается
в.электрических двигателях, которые развивали
бы большую мощность при очень небольших
размерах. Этого можно достигнуть, увеJiичив
сверх нормы сиду электрического тока, пропус­
каемого через обмотки двигателей, что неиз­
бежно ведет к их резкому перегреву. Поэтому
потребовалось разработать совершенно новые
изоляционные материалы, способные выдержи­
вать очень высокую температуру.
Получить такие материалы долго не удава­
лось. Вместо них химики получили содержащие
нремний жидкости. Для них тоже нашлось при­
менение: они оказались отличными смазочными
маслами, ноторые выдерживали очень высокую
температуру. Примерно R 1945 г. были полу­
чены первые содержащие кремний научуки, а
затем и смолы.
В моленулах органических веществ атомы
углерода соединяются валентными связями не-
480

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
посредственно друг с другом. В кремнийорга­
нических соединениях атомы кремния соедине­
ны между собой через атомы кислорода. По­
этомуихи назвалисилоксанами (от
латинских слов «силициум» - кремний и «ок­
сигениум» - кислород) (рис. 3 - цв. табл. к
стр. 48 1).
Силоксаны, как и органические мономеры,
способны соединяться в длинные цепочки. При
этом в зависимости от исходного состава участ­
вующих в этом мономеров, а также по мере уд­
линения молекулы сначала получаются жидкие
полимеры, затем вязкие смолы, потом каучуки
и, наконец, твердые вещества. Если цепочки
кремнийорганических полимеров связаны меж­
ду собой еще и перемычками, они образуют
структуру, отличающуюся особой прочностью.
Получать кремнийорганические полимер'ы
можно несколькими путями, в том чис
·
ле и обыч­
ными для органических полимеров, т. е . поли­
конденсацией и полимеризацией. И хотя эта
отрасль химии высокомолекулярных соедине­
ний зародилась относительно недавно, ее вклад
в науку и технику уже сейчас весьма велик и
продолжает расти с каждым днем.
Возьмем для примера кремнийорганические
смолы. На их основе удалось создать краски,
которые отлично предохраняют бетонные и ка­
менные сооружения от действия влаги и раз­
рушения. Силоксановыми и силиконовыми крас­
ками и лаками окрашивают нагреваемые до вы­
соких температур печи, трубопроводы, которые
раньше вообще не окрашивались, так как лю­
бые краски на них разлагались или выгорали.
Силиконовыми смолами пропитывают ткани
из стеклянного волокн а. Эти ткани используют
для изоляции деталей электрических машин.
Электрический двигатель с кремнийорганиче­
ской изоляцией обмотки работает даже будучи
погруженным в воду.
Особенно удивительные качества приобре­
тают получаемые на основе кремнийорганиче­
ских полимеров каучуки. Никакая автомобиль­
ная покрышка, изготовленная из естественного
илн синтетического каучука, не может выдер­
жать в рабочих условиях изменения темпера­
туры от -60° до + 130°. А некоторые сорта
силиконовой резины выдерживают нагрев даже
ДО 350°!
Кремнийорганический каучук очень тепло­
стоек, но плохо переносит действие бензина и
масла. Однако если в изготовленные из него
пленки ввести соответствующий органический
мономер (например, акрилонитрил) и воздей­
ствовать на них сильным гамма-излучением,
486
то к кремнийорганическому полимеру «привьют­
ся» боковые веточки полиакрилонитрила. Полу­
чится каучук и теплостойкий, и устойчивый
против действия бензина и масел.
Многие приборы (вентили, части насосов
и т. д .), через которые проходят горячие и ед­
кие жидкости, нуждаются в смазке. Никакие
масла, жиры, тавоты для этого непригодны.
А водоотталкивающая, теплостойкая, прочно
удерживающаяся на рабочей поверхности крем­
нийорганическая эмульсия прекрасно справ­
ляется с этой задачей.
Кремнийорганическая смазка, нанесенная
тонким слоем на окна самолета или автомобиля,
длительное время предохраняет стекло от сма­
чивания водой, запотевания, обледенения. Ес­
ли вылить воду из посуды, покрытоJ'i тонким
слоем кремнийорганической смазки, на стенках
не останется ни капли жидкости. Это очень важ­
но для некоторых химических производств и
лабораторных экспериментов.
Очень ценны кремнийорганические соедине­
ния в тех случаях, когда нужно предотвратить
прилипание одного вещества к другому неза­
висимо от того, будут эти вещества в холод­
ном, теплом или горячем состоянии. В литей­
ном производстве долгое время был большой
производственный брак оттого, что формовоч­
ная смесь прилипала к стенкам моделей, а рас­
плавленный металл-к изложницам. Когда мо­
дели стали покрывать силиконовыми смазками,
брак был устранен. Применяются эти смазки и
в производстве резиновых изделий: смазкой по­
крывают внутреннюю поверхность труб и аппа­
ратуры, по которым проходят липкие жидкости.
В некоторых производствах образование пе­
ны - серьезный, даже опасный недостаток.
Образуется она от незначительной примеси бел­
ков, моющих веществ и других так называемых
поверхностно-активных веществ, концентриру­
ющихся в виде тончайших пленок на границе
между воздухом и жидкостью. Если кипящую
жидкость перемешивать, количество пены резко
увеличивается.
Существует много способов уничтожения
пены: механические (вращающиеся диски, цент­
рифуги), химические (добавления касторового
масла). Однако все они дороги, недостаточно
эффективны, а главное, больше препятствуют
образованию новой пены, чем уничтожают ста­
рую. И лишь кремнийорганические вещества
радикально устраняют эту неприятность, при­
чем требуемое для этого количество примеси
весьма невелико: от одной до 25 частей на
миллион!

Ученых заинтересовала и такая проблема:
если органическое полимерное вещество можно
сшить с неор1·аническим полимером, содержа­
щим кремний, то почему бы не попытаться сде­
лать это и с металлами?
Попытка принесла блестящий успех. Поли­
стирол, «привитый» к металлическому порошку,
дал сополимер, по свойствам похожий и на ме­
талл и на пластик. Из него можно штамповать
любые изделия, обычно изготовляемые из ме­
талла.
Появились полимеры, в молекулы которых
входят атомы кремния, кислорода и металлов -
алюминия, бора, кобальта. Такие металлоорга­
нические полимеры особенно интересны тем,
что обещают поднять «ПОТОЛОК» устойчивости
к высоким температурам. Многие современные
отрасли техники уже перестали удовлетворять­
СSI даже чудесными свойствами кремнийорга­
нических полимеров, выдерживающих темпе­
ратуру в 350-450°. Нужны материалы, кото-
Са/1,Ы в 11"1астма(�<�е
В пусты11с нсJ1ьзя вырастить сад.
Там много тс11ла и света, сеть 11 вода,
но она скрыта rJ1убоко под СJ1оем песка.
В сухом, бсспJ1одном песке нет пита­
теJ1ьиых соJ1сй 11 нс удерживается в.1а­
rа. Растения жить нс могут.
В одной 11з пустынь К)·вейта
11а Арав11йском 110J1)·0строве 11едав110
удаJ1ось вырастить сад в нсобыкновси­
ноii почве: ямы в песке, приrотовJ1ен­
ныс ДJIЯ посадliи деревьев, быJ111 за-
ПОЛИМЕРЫ БУДУЩЕГО
рые могли бы длительное время работать при
температурах 600-1000° и выше! А ведь с
каждым годом эти требования будут все по­
вышаться.
Таковы лишь немногие области применения
кремниiiорганических полимеров. Но и их до­
статочно, чтобы представить себе увлекательные
перспективы, открывающиеся здесь перед нау­
кой и техникой ближайшего будущего.
Сейчас химия высокомо.-�:екулярных соеди­
нений способна получать материалы с заранее
заданными свойствами - «выкроенные» и «сши­
тые» по заказу. Но достижения сегодняшней
химии полимеров - лишь первые ее шаги.
Именно в этой области человек сможет
в полной мере развернуть свои с1шы и возмож­
ности для создания «второй природы)> - ве ­
ществ, каких еще не было и нет. Человеку р а но
или поздно удастся приблизиться к тому удиви­
тельному совершенству, с каким живоii орга­
низм строит свои гигантские молекулы.
•
поJ1нены пенистой ПJ1астмассой. Но­
вый в1щ искусственной почвы обJ1а­
дает способностью удерживать воду
н минераJ1ьные coJ111, необходимые ДJIЯ
питания растений. Все саженцы при­
няJ111сь. Быть может, такая искусст­
венная почва и з 1JJ1астмассы поможет
в будущем вырастить зсJ1еные цвету­
щ11
.
е сады в безжизненных, мертвых
пустынях, а 11х на нашей ЗемJ1с не­
маJ10 - ПОЧТll 20 MJIH. "."•.
ПOJlllMEPЫ БJ'ДJrЩЕГО
Химия 1юшо1ероu - ноuая область пауки. Она
быстро разuиваетси и u будущем даст много открытий,
приведет к созданию неизuестных сейчас материалов.
Некоторые из них будут совершенно неожиданными,
появление других мо;1шо предсказать уже сейчас. Поли­
меры будущего должны обладать многими замечатель­
ными качестuами, но особенно ва;1шы полимеры с высо­
кими механ11ческимн свойствам11.
ПОЛИ1'1Нl,Ы -
СТРОИТЕЛЫIЫii МАТЕРИАЛ
Авторы научно-фантастических романов рисуют
вам констру1щиоиные материалы будущего, в которых
сочетаются .ТJучшие свойства 113вестных мат<>риалов -
прочность стали, прозрачность стекла и в то же время
унругость 11 стойкость к ударам, пр11сущие лучшим
пластикам. Возможно ли создать так11е материалы,
11 какие пути ведут к этому?
Из трех перечисленных мат<>риалов наиболее проч­
ны с11шшаты (стекло), но они хрупк11; металлы тя;нелы
и н<>прозрачпы; пластики упруги, но недостаточно
прочны. Уже давно предпринимаются попытки соче­
тать в одном материал<> лучшие свойства двух ве­
щ<>ств - стекла 11 пластика. Для этого стекло вытяги­
вают в топкие ю1ти, из нитей готовит ткани или подо­
бие войлока 11 пропитывают жидким: веществом, спо­
собным со временем или при нагревании превращаться
в упруп1й полимер. Таким: образом, прочность со:ща­
ется стеклянными нитями, а упругость - прош1ты-
487

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Уж" с�йчас возможно получать по.111мерные н11т11 с про•1ностью
хоро ш ей ста.111.
uающим полимеро�1. Эти зю1ечательные материалы
называются стекло11ластиками и широко
при.,1сняются в авиации, судостроении, для изготоu.:�е-
11и11 труб, мебt>.1и. 13 будущем прочность стекло11ла­
стиков увеличится еще больше б.1агодаря повышt'l111ю
11рочности стеклннных нитей.
Но еще болt•е интересный пуп, - зю1ена стек.1нн­
ных нитей н11т11м11 из синтетических полимеров. �·;ке
сейчас можно получать полимерные нити с прочност1,ю
до 150-170 кг/.11.112, т. е . с 11рочностью хорошей стали.
Плотность таких нитей в 7-8 раз меньше, че�1 у ста.111
и, таким образо�•. на едшшцу веса он11 во много ра:;
прочнее �1еталла. 13 Н('далеко�• будущем удастся полу­
чить еще более прочные искусственные волокна. При­
мешн� их вместо стек.1ннных волокон, х11м11ки созда;1ут
новые матер11а,1ы легче 11 прочнrе ста.111.
Пен эта гру1111а �1атериалов, состоящих из раз.11111-
ных волокон и пошшера-связующего, называется а р­
мирова11ным11 пласт11ками. Пока01111с
трудом перерабатываются в 11:ще.111я, но, когда освоит
:л;:
:
_;.v···
•. .:!?.
..у··'
�-­
"��-
,;}!;, ":v·".
,'У··- /
•
Есть полимерные материалы, rсоторые отличаются необыча
.
йио
высоким еопротнвленнрм к истиранию и нанос у. Шины, сде­
ланные 11з них, проходят сотни тысяч ки.:�ометров.
4'88
их обработку на машинах, армированные пластики ста­
нут важнейшим конструкционным материалом.
Существует возможность получить подобные мате­
риалы, не вводя в полимер стеклянные или другие
волокна. Некоторые полимеры, кристашшзуясь, обра­
зуют длинные и тонкие кристаллы, очень похо;�ше
на волокна. Такие кристаллики могут играть ту же
роль, что и волокна в армированных пластиках. Поли­
меры, кристаллизующиеся таким образом, тоже заме­
чательно сочетают в себе прочность и упругость. При­
��ером такого самоармирующегося полимера являются
поликарбонаты. Они пока дороги и применяются толь­
ко в специальных случаях, но им принадлежит боль­
шое будущее.
Уже сейчас есть полимерные материалы, которые
отличаются необычайно высоким сопротивлением к
истиранию и износу. Шины, сделанные из них, прохо­
дят сотни тысяч 1шлометров. Основой для этих поли­
�•ерных материалов служат пока еще дорогие и редкие
полиуретанэфиры. Но, несомненно, разработают более
простую технологию, и неизнашивающиеся полимеры
прочно войдут в производство шин, покрытий полов,
ш.1ангов и любых трущихся изделий из резины. Уди­
вительная способность этих полимеров сопротивляться
износу вызвана тем, что в них не распространяются
трещины; каждая маленькая трещина, являющаяся
началом разрушения вещества, быстро залечивается.
В любом месте повреждения эти полимеры быстро
упрочняются, что препятствует дальнейшему распро­
странению повреждения.
С помощью таких полимеров химики получат еще
один класс полимерных материалов - прочные и очень
легк11е полимерные пены. Обычные поли­
мерные пены применяются довольно широко и сt>йчас;
они обладают легкостью и малой теплопроводностью.
Но они непрочны и легко истираются. Если же при­
готовить пены из неистираемого полимерного вещества,
то сфера их применения значител1,но расuшрнтся.
Уже сейчас пены из полиуретанэфиров начинают ши­
роко 11с11ользоваться в технике, для матрасов и мебели,
для подкладки Jiегкой и теплой одежды.
Однако прочность полимерных иен остается все ;не
небольшой, и возникает желание их упрочннть. Мы
знаем, что для упрочнения полимеров в них вводят
волокна. Нельзя ли армировать и пены? Жестк11ми
волокнами (стеклянными или даже обычными синтети­
ческими) армировать пены нельзя: слишком ве.1ико
различие их свойств. Пена будет легко растягиваться,
а жесткие волокна растягиваться так не смогут 11 нач­
нут от нее отрываться. Материал легио разрушится.
Но если армировать пену упругими и прочными волок­
нами, :которые растягивались бы так же, как и она
сама, это затруднение исчезнет. Таким способом можно
создать прочные, очень легкие и стойкие к износу
.
пенные полимерные ма:гериалы.
ПОЛIПIЕРЫ В ЖllЗНИ ЛЮДЕЙ
В будущем появится много новых полимерных
материалов - легких, прочных, эластичных. Как же
будут выглядеть одежда, обувь, жилища, предметы
обихода, транспорт?
Мы привыкли одеваться в ткани и обычно уже
не думаем; насколько сложно их изготовление. Сна­
ча.1а нужно получить волокна, из волокон сделать
нити, пряжу, из нитей соткать ткань. Каждый процесс
состоит 11з десятков отдельных операций, через многие

Таб.tица к c-r1нcmьf' "По.'tt4 .-Н.еры"
МЕТАН
4
ХЛОРОФОРМ
7
ФТОРОПЛАСТ ("ТЕФЛОН")
.
)
.
.
..
..,
.
.
/
.
\
-·
'
.
• УГЛЕРОД
8 ВОДОРО,D,
. ХЛОР
. ФТОР
ПОЛУЧЕНИЕ
ФТОРОПЛАСТА

десятки машин пройдет каждое волоконце от коробочки
хлопчатника до готовой ткани (см. т. 5 Д Э, ст. «От
воло кна до ткани»).
1\онечно, в будущем люди научатся получать мате­
риалы для одежды более простыми путями, и некоторые
из этих путей уже наметились. Прежде всего, можно
использовать тонкие слои полимерных пен. Они исклю­
чительно легки и хороши для теплой одежды. Сейчас
пены еще недостаточно прочны и их применяют для
утепления одежды в качестве подкладки. Когда уда­
стся повысить их прочность, они станут самостоятель­
ным материалом для одежды.
Необходимо, чтобы любой материал для одежды
был пористым 11 мог пропускать воздух и пары влаги.
Поэтому обычные сплошные пленки, вероятно, никогда
не будут служ11ть материалом для одежды, за исклю­
чением плащей и специальных защитных костюмов
для работы с В})едным11 веществами. Чтобы пленка
«дышала», в ней надо проделать большое количество
очень маленьких дырочек. От этого, конечно, умень­
шится общая прочность пленки, однако если исходная
прочность очею, велика, то и оставшейся части будет
достаточно для использования пленки в качестве основ­
ной ткани. А разнообразные полимерные пленки ста­
новятся все более и более прочными. В будущем проч­
ность их станет достаточной и для изготовления свое­
образной нетканой
одежд
u
ы из пленок с
большим числом маленьких отверстии.
В основном же нетканые материалы для одежды
будут получать и уже получают из беспорядочно пер�­
путанных волокон, создавая нечто среднее между вои­
локом или фетром и бумагой. Чтобы эти ткани были
и тонкими и одновременно достаточно прочными, их
будут делать из очень прочных волокон. J\po:1-ie того,
чтобы ткань не мялась, как бумага, волоконца должны
быть еще и упруги и склеены друг е другом. Склеи­
вающее вещество не должно образовывать сплошную
пленку, иначе потеряется пористость, 5пособность нро­
пускать воздух и влагу. Значит, склепка должна быть
точечной только в тех местах, где волоконца соприка­
саются друг с другом. Это очень нелегкая задача, но
она будет решена. Привычные нам ткани постепенно
исчезнут и будут заменены различными нетканымп
изделиями.
Изменятся не только сами материалы для одежды.
Изменятся и волокна, из которых дела�от ткани. Поя­
вятсn очень прочные волокш. На первыи взгляд может
показаться, что прочность не так уж нужна одежде -
ведь никто не будет носить одну и ту а;е вещь десятки
лет. Она надоест, выйде:r из моды, устареет прежде,
чем износится. Но очень прочные воло1ша нужны и для
нетканых изделий, и для смешения с другими волок­
нами, которые менее прочны, но обладают другими
ценными свойствами.
Наиболее интересна комбинация из очень проч­
ных и пористых волокон. Пористые волокна можно
получить из полимерных пен. Они исключительно лег­
ки и хороши для теплой одежды, но не прочны и не
могут применяться в чистом виде. Н с.меси же получат­
ся замечательные легкие и теплые материалы, у кото­
рых несомненно большое будущее.
Синтетические волокна так быстро совершенству­
ются, что возникает вопрос: сохранятся ли в будущем
R cma·ttiъe •�Пол1-�.иеры будуtе:�еtо•>
Со временем создадут доJiговечные поJ11111
1
ерные
пJiенки, и тогда множество J1егк11х жиJiищ даже
на даJiеком севере будут деJiать нз пJJенок.
1
ПОЛИМЕРЫ GУДУЩЕГО
Из ПJiенкн, армированной упруГ1
1
мн н прочными воJ1окнам11,
можно создать очень а�гкне и стойк11е к 11зносу пенные по.111 -
мерные материаJiы.
естественные волокна, какие, в како�1 количестве 11 в
:каком виде? Некоторые из природных волокон исче:�­
нут, и очень быстро. В первую очередь естественны ��
шелк. На его получение затрачивается громаJ111ыи
труд - в десятки раз больший, чем на производстно
искусственных волокон. Современные синтетичесю1е
волокна уже превосходят природный шелк больш11н­
ством своих свойств. Такая же СУJ\Ьба о;н11дает 11 лен.
Искусственные волокна из целлюлозы уже сейчас очен1,
близки к хорошему льняному волокну, а в буl\уще�1
превзойдут его. Лен сохранится не из-за волокна, а
из-за льняного масла, получаемого нз его семян. Это
масло перерабатывают в лучшую олифу /\ЛЯ красок.
Пока будут выращивать лен, сохраннтся 11 льняное
волокно. J\oгJla же найдут синтетические вещества
для лакокрасочных покрытий, льняное волокно исче­
знет окончательно.
Шерсть сохранит свое значение еще до.1гоо вреш1.
У шерстяного волокна есть замечательное своиство -
мелкая извитость, котораf! придает изделиям из него
высокие теплоизолирующие свойства. Л11ш1, совсем
недавно удалось выяснить причину такой и:�витостн.
Оказалось, что 1\аждое волокно шерстп состоит иа мно-
Некоторые из природных водоко11 исчезну
_
т, 11 очень <iыстро.
в первую очередь натурааьныи Ш<'•ltc,
480

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
жества более мелких волоконец двух разных типов,
склеенных друг с другом. Одни из них имеют круглое
сечение, другие почти плоское. Неравномерное рас­
пределение этих волоконец по сечению волокна и соз­
дает такую мелкую извитость. Когда причина извито­
с1и стала ясна, появилась и возможность создать син­
тетические волокна такого же строения, а следователь­
но, с такими же свойствами. Но шерсть отличается еще
п строением поверхности волокон, покрытых мельчай­
шими чешуйками, подобно змеиной коже. Именно эта
особенность строения поверхности волокон шерсти
обусловливает их способность сцепляться друг с дру­
гом, а это позволяет шерстяным изделиям хорошо со­
противляться истиранию. Вероятно, в будущем соз­
дадут синтетические волокна с такими свойствами.
Но это дело очень далекого будущего. Шерсть послу­
щит нам еще многие десятилетия.
Сохранится надолго и хлопок. Но применять
будуттолько химически обработанные
волокна.
Уже сейчас поверхность хлопковых
волокон покрывают очень тонким слоем синтетических
полимеров. И хотя количество нанесенного вещества
составляет лишь несколько процентов от веса хлош�а.
хлопковые волокна пос.11е такой обработки приобретают
ряд ценных свойств, присущих обычно синтетическим
волокнам: способность хорошо окрашиваться, не мять­
ся и сохранять свою форму после стирки. Несомненно,
в будущем удастся повысить 11х прочность и стойкость
к износу, а может быть, создать и извитость, как у
шерсти. Таким образом, хлопок останется, но в изме­
ненном, улучшенном виде. Его будут химически моди­
фицировать.
На века сохранится и дерево - великолепный
материал нашего времени. Но и его будут применять
только в модифицированном виде. Древесину станут
пропитывать мономерами - легкоподвижными жидко­
стями, проникающими в мельчайшие поры древесины
и впоследствии превращающимися в полимеры. Это
даст возможность сочетать прекрасные природные ка­
чества дерева с превосходными качествами пластиков.
Дерево станет нсгниющим, не будет набухать в воде
и трескаться при высушивании, станет прочнее и кра­
сивее.
Несомненно, в недалеком будущем создадут
пластичную древесину, которая сможет
приобретать нужную форму под прессом, как пр11об-
С�.ЛЕИВ�tfИЕ
:1
1
l1iHI�
,OJIEЖ,ltЬJ BCEJC ФАсоиов •
".И одежду, наверное, будут не шить , а склеивать.
f90
ретают ее тиш1чные пластики. Мебель, двери, оконные
рамы начнут прессовать из такого модифицированного
дерева. Хиьшчес1<ая обработка поможет использовать
малоценные, но быстрорастущ11е сорта деревьев.
Вероятно, гораздо шире, чем сейчас, будут исполь­
зовать синтстический клсй. Действитель­
но, склеивание - это самый удобный способ соединять
части любой конструкции, будь то мебель, машина
или одежда. И сейчас есть очень прочные клеи, иногда
они прочнее тех материалов, которые соединяют. Но
дело не только в прочности клея или в его способности
соединяться с материалами. Ващно, что в тонком слое
клея, отличающемся по своим механическим свойствам
от склеиваемых материалов, как бы концентрируются
те напряжения, те механические усилия, которые
испытывает склеенное изделие. Часто поэтому слои
клея разрушаются в первую очередь. В будущем
удастся создать такие приемы склеивания, когда один
материал постепенно будет переходить в другой. Для
этого применят либо склеивающие промежуточные
пленки, либо клей, проникающий глубоко в материал.
Тогда клеямп будут пользоваться гораздо шире, чем
сейчас. И одепщу, наверное, будут не шить, а склеи­
вать. И тогда потребуется не распарывать, а удалять
клей растворителем.
Непрерывно будет соnершенствовап,ся и бумага.
Она станет более прочной. В будущем для приготовле­
ния бумаги из древесины будут извлекать целлюлозу,
почти ее не разрушая, во всяком случае разрушая го­
раздо меньше, чем сейчас. Чтобы получить очень
прочную, эластичную, немнущуюся бумагу, в бумаж­
ную массу добавят синтетические волокна, а потом
проклеят бумагу синтетическими полимерами. Такая
бумага станет похожа на тонкую ткань. Так, вероятно,
создастся непрерывный переход от бумаги к текстиль­
ным материалам, особенно нетканым, о которых уже
говорилось. Конечно, в будущем бумагу станут исполь­
зовать и для одежды, легкой, красивой, необычно
дешевой. Такую одещду будут надевать один или
несколько раз.
Изменится 11 вид щилищ. Полы уже сейчас покры­
вают эластичным материалом из полихлорвинила. В бу­
дущемстеныипотолкибудутделат1.из слоистых
пластиков-с.1
1
оев бумаги или ткани, пропи­
танных полимерным связующим. Такие материалы
нс только красивы - к ним нс пристает пыль, они
легко моются. Широко будут применяться и а р м и­
рованные пластики, особенно для легких
зданий. Для легких построек будут использоваться
тонкие и толстые пленки. Сейчас такие дома-палатки
из пленки, натянутой на каркас, недолговечны. Их
разрушает влага, ветер, солнце. Но со временем соз­
дадут долговечные полимерные пленки - пленки, кото­
рые станут слупшть в естественных условиях десятки
лет. И тогда множество легких жилищ и в теплых
краях, и на далеко�• севере будут делать из пленок!
Может быть, в будущем появятся и такие дома,
что их и строить нс придется. Для несущего каркаса
химики изготовят очень прочные тонкие полимерные
т1эубки, для простею<ов - хорошо сохраняющие тепло
стены и;� полимерных гибких слоистых материалов
с заранее вмонтированными окнами из прозрачных
пластиков. Такой ДОМ можно целиком изготовить на
заводе. Его привезут в слощенном виде на место, нака­
чают в трубю1 под большим давлением сжатый воздух.
Трубчатый каркас расправится, приобретет необ­
ходимую жесткость, растянет стены, н, как в сказ­
ке, красивый, светлый, теплый и просторный дом
вырастет сам.

Конструкторы рассчитали, что 11з такой трубчатой
надувной арматуры можно будет возводпть даже башни
высотой более юшометра, а может быть, и выше. Чтобы
сю1зить вес , каркас будут надувать водородом или
гелпем. Но прежде химикам прпдется создать высоко­
прочные и газонепроницаемые полимерные трубки.
IIOЛИl\IEPЫ В l\IEДllЦИHE
11 БИОЛОГИll
Уже сейчас пзвсстны пош�меры, в первую оче­
редьполиакрилаты и пол11а11
1
иды, кото­
рые способны как бы срастаться с тканями живых
организмов. В будущем количество таких полимеров
увеличится. А это даст возможность заменять повреж­
денные еухожилия, части кровеносных сосудов эластич­
ными и прочными полимерными пленками или тканями.
Возможна и замена зубов. Искусственный зуб с кор­
нями, сделанный 11з твердого полимерного материала
точно 110 форме удаленного зуба, сможет врасти на
месте естественного зуба.
Не менее интересна 11 возмо;�шость склеивания сло­
манных костей полимерны:1<111 клея�ш. Пострадавший
сможет пользоваться поврежденным органом вскоре
же после перелома, а клей со временем рассосется,
заменяясь соединительной костной т1шнью. Наверное,
широко будут применять
искусственную
к р о в ь, которая сможет выполнять все основные
функции крови и, главное, переносить кислород от
легких кu всем тканям организма. Быть может, уда­
стсярешитьипроблему 11скусственной поч­
к и. Почки очищают кровь от ненужных примесей.
Для осуществлен11я такого процесса нужно иметь полу­
проницаемую полимерную пленку, которая пропуска­
ла бы удаляемые примеси и задерживала бы остальные
части крови. 1-\огда удастся создать такие пленки -
модели пленок, существующих в живых организмах,
тогда можно будет перейти и к модели самого орга­
на - почки.
Со временем люди научатс.А получать полимерные
вещества, вырабатываемые только в организмах, в пер­
вую очередь ферменты, хотя бы простейшие.
Такие синтетические полимерные вещества явятся важ­
ной группой лекарств. Он11 смогут влиять на разнооб­
разные процессы жизнедеятельности так, как на них
влияют ферменты, гормоны и другие биологически
активные соединения. Научившпсь синтезировать по­
добные очень сложные по своему строенпю полимерные
вещества, химики попытаются осуществить процессы,
протекающие пока лишь в организмах. Наиболее важ­
ный из них - это фиксация азота, т. е , поглощение
азота из воздуха и превращение его в различные хими­
ческие соединения. Сейчас простейшим методом фик­
сации атмосферного азота служит получение аммиака
реакцией между азотом 11 водородом при температуре
около 400° и давлеюш 700 am.ii в пр11сутств11и катали­
затора. Бо;rее дорогой метод - получение соединений
азота с кислородом в электрической дуге y;i;e при совсем
высоких температурах. А микроорган измы осуществляют
фиксацию азота при обычных температуре 11 давлении!
И это происходит, несомненно, при помощи сложных
полимерных катализаторов - ферментов. Когда уче­
ные поймут весь механизм подобных процессов 11 на­
учатся осуществлять их при помощи синтетических
полимерных веществ, появится 11 новая область химии,
основанная на использоваюш тех процессов, которые
сейчас происходят только в ;�швых организмах.
ПОЛИМЕРЫ БУДУЩЕГО
Сред11 созданных х1ш11ками полимеров есть 11 такие, которые,
по-видимому, помог)·т перестроить систему земледелия и все
сельское хозяйство.
Второй пр1шер таких процессов - фиксация расте­
ю1я�ш углекислоты и ее превращение в первую очередь
в углеводы. Этот процесс в растениях происходит под
действием света в обычных условиях, но он, конечно,
будет осуществлен пр11 помощи синтетических поли­
меров, похожих на биополимеры.
Среди созданных химиками полимеров есть и такие,
которые, по-в11димш1у, помогут перестроить систему
зе:иледелия и все сельское хозяйство. С первого взгляда
11х роль и назначение очень скромны и незаметны: они
просто обладают способностью изменять структуру
тонко измельченных веществ, собирая 11 склеивая их
частицы в более крупные комочки. Если вносить такие
полимерные добавюr в почву, создается комковая струк­
тура, а это очень повышает плодородие почвы. Воз­
можно, в будущем химики найдут такие структурооб­
разующие полимеры, котор�е позволят создать чрез­
вычайно благоприятные условия для корневого питания
растений.
Все шире в химии будут распространяться п о л 11-
мерные реагенты. Уже сейчас существует
Rомплексопные полимерные реактивы (1юниты) смогут 11звлг­
кать нужные мета.члы из растворов очень малых концентра­
ц11й, даже 11з морской воды.
491

ПРЕВРАЩЕНIШ ВЕЩЕСТВА
Возникнет миожt>ство полимеров, которые сейчас трудно
11ред)-rадать, и полимеры станут так же необход11мы людям,
как ранее необходимы были камень 11 металлы.
громадное количество полимерных соединений, среди
которых представлены почти все 1:\Лассы органических
веществ. Есть пошшерные кислоты и основания, поли­
мерные спирты, альдегиды и кетоны, разнообра:шые
ароматические и гетероциклические поли�1t>рные сое­
динения. Они могут рl'агировать с другими вещест­
вами, подобно то�1у как происходят химические реак­
ции в среде обычных ю1зкомолекулярных веществ.
Но здесь одним из продуктов происходящих реакций
будет полимерное вещt•ство. А 11олю1ерное вещество
легко отделить от реакционной среды, и это создает
новые хи�111•1есю1е воэ�юашости. Например, мы имеем
соль какой-либо ЮIСЛОТЫ и XOTllM получить из нее
самое кислоту. Можно прибавить к такой соли более
сильную кислоту. Она вытеснит интересующую нас
кислоту, но при это�1 по.1уч11тся смесь кнс.1оты и обра­
зовавшейся соли. Разделить такую смесь обычно не.�ег­
ко. Если же мы возьмем полимерную кислоту в виде
зерен, пленок или волокон и про11устнм через такую
нерастворимую полимерную массу раствор соли, то
получится полимерная соль и чистая кислота. Мы
обменили ионы водорода в полимерной кислоте на
катионы соли и легко отделили полимерный реагент.
Такие полимерные реагенты - нислоты и осно­
вания-таниназываются ионнообменным11
смо л а ми. Они уже сейчас применяются достаточно
широко. В будущем появится много разнообразных
полимерных реагентов - окислителей и восстанови­
телей. Чтобьi ою1слитъ или восстановить какое-либо
соединение, достаточно будет r1ропуснать его· через
слой зерен или волокон полимерного реагента-электрон­
·н ообменника. Таное название дано этой группе веществ
потому, что окисление или восстановление всегда свя­
заны с обменом элентронов.
Еще шире будет применяться другая группа этих
реагентов-комплексонные смолы. Они
способны обра:ювывать номплексы с определенными
металлами. Такие компленсонные полимерные реак­
тивы в виде пденон или волокнистых материалов смо­
гут изв.�екать нужные металлы из растворов очень
малых нонцентраций, даже из �юрской воды. Ведь
в будущем, когда богатые месторождения будут выра­
ботаны, придется извленать металлы из более бедных
месторождений. 11 новые полимерные реагенты дадут
возможность построить иные �1етоды добычи цветных
и редких металлов.
Возю11:\нет еще много новых типов полимеров.
Светочувствительные полимеры, дающие
сразу ре.1ьефное изображение, смогут применяться в
фотографических 11 полиграфических процессах. Поли­
мерные проводники 11 полупроводники, особенно плав­
кие 11 растворимые,- очРнь удобный тип электротех­
ю1ческих материалов. Поли�1ер11ые электролиты станут
неотъем.1емыми частями х11м11ческих источников тока­
аккумуляторов, эле�1ентов и особенно топливных эле­
ментов, способных превращать химическую энергию
топш1ва в э.�ектрическую. Ученые найдут стойкие и
активные пот�мерные поверхностно-активные вещест­
ва, которые будут создавать и разрушать суспензии
11 эмульсии, регуш1ровать испарение воды с поверх­
ности водое�юв. Возникнут полимерные вещества, спо­
собные обеспечивать идеальное скольжение или гро­
�1адное сцепление поверхностей, т. е. фрикционные по­
лимерные материалы. Возникнет множество полимеров,
которые сейчас трудно предугадать, и полимеры ста­
нут так ;ке необходимы людям, как ранее необходимы
были 1:\амень 11 металлы.
•
ХИМИЯ ЖИЗНИ И ЗДОРОВЬЯ
1\огда появилась потребность в химии :ка:к
подлинной нау:ке, объединяющей пра:ктичес:кие
сведения о превращениях веществ, возни:к во­
прос: чем :кон:кретно она должна заниматься,
в чем должна помогать людям?
Тогда же была сделана попыт:ка ограничить
задачи химии толь:ко помощью врачам в изго­
товлении всевозможных ле:карств и снадобий.
Но для нео:крепшей нау:ки та:кая задача была
непосильной.
492
Связь между строением моле:кулы :ка:кого­
либо вещества и действием ее на живой орга­
низм о:казалась настоль:ко сложной, что плано­
мерная работа по изобретению ле:карственных
веществ, та:к называемая рациональная химиоте­
рапия, стала возможной лишь при высо:ком уров­
не развития химической науки. Преждевре­
менно было навязывать химии медицинские
цели тогда, когда она только выходила из мрака
алхпмичес:ких подземелий.

OCOБEHHOCTll ДEiiCTBllЯ ВЕЩЕСТВ
НА живоli OPГAHllЗltl
О трудностях, особенно характерных ДJIЯ
данной области химического синтеза, подезно
составить наглядное представ.'lение, прежде чем
знакомиться с ее удивительными достиже­
ниями.
Первая трудность состоит в том, что жи­
вой организм оказывается очень разборчивым
даже к самым незначнтедьным изменениям в
строении молекулы вещества. Вот характерный
пример.
К числу веществ, молекулы которых сущест­
вуют в виде двух оптических изомеров, похо­
жих друг на друга, как предмет на свое отраже­
ние в зеркале, относится адрена.'111н . Иначе
говоря, существует не один, а два адрена.'lина:
щ1евыЙ>) и «правый)) (рис. 1 - цв. табл. R стр. 497).
Оба имеют одну и ту же структурную формулу,
одинаковы по внешнему виду, у них один и тот
же удельный вес, одна и та 1t<e точка ш1авле­
ния, растворимость и пр. И все же это два раз­
личных вещества, и онн по-разному действуют
на живые организмы.
Адреналин играет очень важную роль в хи­
мическом «хозяйстве)) живых организмов -
животных и че.'lовека. Его широко применяют
врачи при падении кровяного давдею1я, ос.'lаб­
лении деятельности сердца и во многих других
случаях. Адрена.'111н был с11нтез11рован хими­
ками спустя всего 4 года после его выде.'lения
в виде бесцветных кр11ста.11лов из надпочечников
быка. Но действпе синтетического адренашша
оказалось нам ного слабее, чем природного. По­
чему? Потому, что при химических реакциях
получаются и «левые)) и «правые)) е1·0 молекулы,
причем те и другие в одинаковом количестве.
Действуют же на симпатическую нервную си­
стему практичес1ш то.'lько молекулы одного вида.
Еще более разительный пример представ­
ляет самый популярный из витаминов - вита ­
мин С. Его химическое название - аскорби­
новая кислота. И она существует в двух фор­
мах: «левой)) и «правой)). В плодах ш�шовшша
вырабатывается «.ТJевая)) аскорбиновая 1шс.-�ота,
она и поступает в аптеки под названием вита­
мина С. А ее зеркальный «двойнию) - «правая))
аскорбиновая кислота, - оказывается, облада­
ет прямо противоположным действием на орга­
низм: это антивитамин, он не усиливает, а
подавляет, сводит на нет деятельность вита­
мина С.
Итак, живой организм оказывается иногда
чрезвычайно чувствительным к малейшим изме-
ХИМИЯ ЖИЗНИ И .ЗДОРОВЫJ
нениям в строении молеку.11ы веществ, с кото­
рыми он сталкивается. Это одна из особенностей
воздействия веществ на живые организмы.
Другая особенность заю1ючается в необы­
чайной силе действия. Тот же адреналин яв­
ственно действует при введении его в кровь
в концентрации 1 : 1 ООО 000 ООО. Еще один
пример: тироксин (рис. 2 - цв. табл. n ст р. 497),
образующийся в щитовидной железе млекопи­
тающих. В 1927 г. он был подучен искусствен­
но, после чего стали изучать действие тирокси­
на на живые организмы. Оказалось, что впрыс­
кивание десятой, даже сотой доли ми.'lлиграмма
тироксина в кровь го.1
1
овастика ускоряет пре­
вращение его (как и любой другой лпчиночной
формы животных) во взрос.1
1
ую форму. Так как
накопление вещества в организме го.1
1
овастика
не успевает с.1
1
едовать за ненорма.11ьно быстрым
превращением, получаются удивительные «кар­
ликовые)) лягушки.
Химия пришла на помощь медицине, пре­
доставив ей лекарства, по.11ученные с.1
1
учайно
(например, хлороформ). Затем она вступила
на путь синтеза лекарственных веществ, содер­
жащихся в природных (растите.11ьных и живот­
ных) материалах. Наконец, были созданы новые
си.1
1
ьнодействующие лекарства, не существую­
щие в природе в готовом виде. Рациональная
химиотерапия не смогла бы возю1кнуть, если
бы структурная теория не осветила путь к ней.
1'10.JER�· .1JЫ ПРОТИВ 1'111RPOl•OB
Бо.1
1
ьшинство самых тяже.11ых недугов чело­
века возникает в результате проникновения в
его организм различных микробов п:ш вирусов.
Р11с. 1. Антнсептшш подобны заград11тельному отряду, отрв­
жающ..
.
му натиск uрага на подступах к крепост11.
493

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Важным событием в истории медицины была
первая операция с применением антисептиче­
ского (обеззараживающего) вещества, .которую
сделал в середине XIX в. английский хирург
Листер. Антисептиком служи.'lа карболовая :кис­
лота - один из продуктов сухой перегонки
каменного угля. До применения антисептиков
даже лег.кие операции приводили иногда к смер­
ти. Рану заражали микробы. Теперь же эта
угроза рассеялась и смертность от хирургиче­
ских операций резко снизилась.
Та.к был достигнут один из первых успе­
жов в отражении ата.к ми
:
кробов еще на подсту­
пах к живому организму. Но :как уничтожить
бактерии, которые проникли в организм, пока
еще не знали. Карболовая :кислота, убивая мик­
робов, не щадила и живую ткань. Естественно,
возникла идея та.к «отрегулироваТЬ>) молекулу
лекарственного вещества, чтобы, «стреляЯJ) в
микроба, не <<nопасты в тивую т:кань.
Около 300 лет назад в Европу впервые при­
везли .кору хинного дерева. Из коры был выде­
лен хинин - белый гор
"
ький порошо�, исцеляю­
щий от губительной лихорадки. Со временем
химики разгадали строение молекулы хинина
и получили его искусственно. Однако дешевых
способов синтеза не найдено и до сих пор.
Зато изучение действия хинина на больных
:малярией открыло путь рациональной химиоте­
рап ии. В 1860 г. русский врач Романовский, рас­
сматривая в ми.крое.коп каплю .крови больного,
увидел, как разрушаются тела малярийных плаз­
модиев от действия хинина. В этом исследова­
нии родилась основная формула рациональной
химиотерапии: наилучшим лекарством против
всякой болезни будет то вещество, .которое ока-
Рис. 2. Если враrем удалось ворваться в крепость, то основ-
1111
1
м девизом химноте11апю1 станов11тся: поражать микробы
щадя жив)·ю ткань.
494
жет наименьший вред организму больного и
вызовет наибольшие разрушения в болезне­
творных организмах.
Естественно, у химиков возник вопрос, до­
статочно ли молекула хинина отвечает этому
требованию, не нуждается ли она в усовершен­
ствовании. Действие хинина удалось видоизме­
нить и отчасти усилить путем некоторых изм&
пений в моле.куле (рис. 3 - цв. табл. к стр. 497).
Внимание химиков было обращено на наиболее
доступную для перестроек ее часть, обозначен­
ную. буквой А. Сюда можно присоединить через
атом .кислорода цепочку из любого числа угле­
родно-водородных звеньев СН2•
И вот что оказалось. Если цепочка состоит
из двух звеньев (оптохин), то получается хи­
мическое оружие против наших невидимых
врагов - пневмоко.кков,
которые вызывают
воспалительные процессы в легких. Стоит увели­
чить число звеньев до 5 (эукупин) - и полу­
чается средство, мало действующее на пневмо­
кок.ки, зато весьма активное против возбудите­
лей рожи и других кожных заболеваний. Еще
одна «пристро:й:Ка>): присоединяется 8 звень­
ев - и возникает новое лекарство (вуцин), гу­
бительное для стрептококков. При дальнейшем
накоплении звеньев действие на микробы
исчезает.
Вели:кий немецкий ученый Эрлих, много
работавший над изобретением лекарственных
веществ, недаром сравнивал отношение
ле­
карств к живому веществу с отношением клю­
чей .к зам:кам. Усовершенствованные химией
молекулы хинина вполне можно сравнить·с обыч­
ным .ключом, от числа зарубок на котором (со­
ответственно
числу углеродно-водородных
звеньев в «хвосте>) молекулы) зависит, отопрет
или не отопрет он данный замок. Исследова­
телю иногда нужно перебрать тысячи «ключей>),
прежде чем будет найден тот, который нужен.
У медицины сейчас громадное число синте­
-гичес.ких веществ для уничтожения уже посе­
лившихся в организме болезнетворных :микро­
бов. Лучшие из этих веществ были построены
по заранее продуманному плану. Очень остро­
умно была, например, использована идея «рель­
сов>). Для того чтобы «проложить путы) к тем
или иным микробам, использовались молекулы
веществ, обладающих химическим сродством
к данному виду микроба, и .к этим мо.11екулам
прицеплялась то.ксофорная группа атомов («ток­
софорныЙ>) в буквальном переводе - «несущий
ЯД>)), как заряд пироксилина .к самодвижущейся
торпеде. Кстати с.казать, эту идею подсказала
способность каждого вида микробов интенсив-

во окрашиваться определенными красителями,
т. е. сильно и при этом избирате.'!ьно погло­
щать их.
Так, исходя из структурной формулы хини­
на, в лабораториях были созданы новые ле­
карства, которые убивают болезнетворные ми­
кроорганизмы и не вредят живой ткани.
Ну, а малярия, в борьбе с которой были за­
ложены основы рациональной химиотерапии?
Руководствуясь общей идеей «архитекrурного»
плава молекулы хинина, в Германии и в СССР
были созданы чисто синтетические противома­
лярийные препараты - акрихин, плазмохин
и плазмоцид. Они равноценны природному хи­
нину и почти полностью заменили его.
Структурная формула плазмохина (рис. 3 -
цв. табл. к стр. 497) показывает, какое блиэкое
родство у искусственных противомалярийных
лекарств с природным хинином. Общая всем
им часть молекулы изображена на зеленом фо­
не; надстройка сверху (вместо атома водоро­
да) относится к хинину; пристройка снизу
(вместо атома водорода) - к плазмохину.
ОТ КРАСОК К ЛEKAPCTBAJI
В настоящее время одно из первых мест сре­
ди химических средств борьбы с микробами за­
нимают так называемые сульфаниламидные пре­
параты. История их открытия поучительная.
В начале ХХ в. химики искали новые пути син­
теза красителей, причем в качестве исходного
продукта брали сульфаниловую кислоту -
чрезвычайно удобное для самых разнообразных
перестроек вещество.
Поиски новых красителей увенчались бле­
стящим успехом. Но до 1935 г. никто не подо­
зревал, что получающиеся при синтезах про­
дукты представляют собой грозное оружие про­
тив очень опасных микр9бов. Когда же это обна­
ружилось, поиски приняли новое направление.
Химики синтезировали один сульфаниламид­
ный препарат за другим и передавали их в руни
медиков, а врачи тотчас же проверяли действие
нового препарата на искусственно зараженных
разными микробами ж:Ивотных. Масштабы ра­
боты были огромны. Один за другим синтези­
ровались многие тысячи препаратов, чтобы ото­
брать из них десяток-другой наиболее успешно
действующих. Сейчас широко известны назва­
ния таких веществ: сульфидин, стрептоцид,
сульфазол, сульфадимезин. Все они получаются
из сульфаниловой кислоты замещением в ней
атома водорода (отмечен звездочкой) на тот или
ХИМИЯ ЖИЗНИ И ЗДОРОВЬЯ
ивой радикал (рис. 5- цв. табл. н стр. 497)
и объединяются под стеклом аптечной витрины
общим названием «сульфамиДЫ>).
Зная строение молекул, химики могли не
только создавать новые лекарства, но и понять,
как именно эти лекарства действуют. Микробы
нуждаются в витаминах. Таким витамином. для
них служит парааминобензойная кислота. Она
присутствует в нашей крови в ничтожных коли­
чествах. Если бы ее не было совсем, поселив­
шиеся в нас микробы не погибли бы, но пе­
рестали бы размножаться.
Теперь сравните строение молекул пара­
аминобензойной, сульфаниловой кислот и суль­
фидина (рис. 5--
цв. табл. к стр. 497). Сходство
их бросается в глаза. Мы уже сравнивали отно­
шение лекарств к живым организмам с отноше­
нием ключей к отпираемым ими замкам. Пред­
ставим себе, что молекула парааминобензойной
кислоты - это настоящий «КЛЮЧ)), а молекула
сульфидина - «КЛЮЧ)) поддельный. Он вошел
в замочную скважину, но не отпер замок, а
застрял в нем так прочно, что его не открыть и
настоящим ключом. Примерно так мы и пред­
ставляем себе действие сульфамидных препа­
ратов на микробы. Бактерия ассимилирует «по
ошибке» вместо парааминобензойной кислоты
сходные с ней молекулы сульфамидного пре­
парата. Теперь необходимо лишь поддерживать
в организме достаточную концентрацию ле­
карства, чтобы он мог расправиться с парали­
зованными, но еще живыми микробами.
Если микроб не нуждается в парааминобен­
зойной кислоте, то он не поддается действию
сульфамидных лекарств, и поиски химического
оружия против него должны идти в другом на­
правлении.
Еще в XIX в. было известно целебное дей­
ствие салициловой кислоты при ревматизме.
Но, пока ее с большими трудностями добывали
только из растительного сырья, она была очень
дорога. В 1874 г. нашли простой способ превра­
щать в салициловую кислоту фенол путем внед­
ренил в его молекулу молекулы угольного ан­
гидрида (рис. 4 - цв. табл. к стр. 497). Это был
первый синтез приредного лекарственного ве­
щества. С него началось промышленное произ­
водство как самой салициловой кислоты, так
и других лекарств, образующихся путем услож­
нения ее молекулы: это утоляющий боль и по­
нижающий жар аспирин, салол, дезинфицирую­
щий кишечник, и т. д . Как оружие против мик­
робов салициловая кислота малоэффективна.
Но в числе ее производных оказался и
ПАСК - препарат, останавливающий рост
495

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
и размножение смертоносной туберкулезной
палочки. Сравните ПАСR с парааминобензой­
ной кисJютой, и вам опять-таки бросится в глаза
сходство в строении их молекул. Поэтому к
ПАСRу можно прийти и от салициловой и от
парааминобензойной кислот. Второй путь лег­
че, и он предпочитается, потому что сама пара­
аминобензойная кислота легко синтезируется из
толуола, одного из отходов коксования углей.
Из тoii же парааминобензойной кислоты
подучают анестезин и новокаин. Эти вещества
замечательны не своим действием на микробы,
а действием на организм. Они временно отклю­
чают нервы, посылающие в мозг сигналы боли,
от места, в котором ощущение боли рождается.
Оперируемый находится в полном сознании,
он все видит и слышит, но может даже не чув­
ствовать прикосновения скальпеля хирур
'
га
к своему телу.
Для местной анестезии впервые был приме­
нен кокаин - природный ·продукт, получаю­
щийся из листьев тропического кустарника
кока. Но применение кокаина в медицине огра­
ничено вследствие его высокой токсичности.
Поэтому .'Iишь с заменой кокаина синтетическим
продуктом - новокаином - проблема
мест­
ной анестезии была решена.
Так созидающая химия сыграла важную
ро.Тiь в разрешении одной из основных задач
хирургии -обезбо.Тiивание при операции. В хи­
мическом, а отсюда и в производственном род­
стве через сульфаниловую кислоту оказывают­
ся лекарственные вещества самого различного
назначения.
Но возвратпмся к микробам. Наиболее мощ­
ные из современных лекарств, т. е . наиболее
убийственные по отношению к микробам и без­
вредные для организма человека, - это анти­
биотики. Таков общеизвестный пенициллин,
извлекаемыii из зеленой плесени. Достаточно
ввести 1/1ООО ��г пенициллина в 1 мл крови,
чтобы остановить развитие микробов. И с анти­
биотиками повторилась обычная история. Уста­
новлено их строение, осуществлен синтез, и ряд
антибиотиков уже производится не из их при­
родного источника - живых клеток, а на хи­
щ1ческих заводах. Что же касается признанного
«королю> антибиотиков - пенициллина, то он
переживает сейчас в химических лабораториях
1.;ак бы второе рождение. Подобно молекуле
хннина, молеку,'Iа пенициллина состоит из ос­
новного ядра 11 пристроенной к нему углеводо­
родной цепочки. У пяти природных пеницил­
.'Iннов ядро одно п то же, а цепочки (отсюда и
эффективность деiiствия) разные. Распоряжаясь
406
цепочками, как при усовершенствовании моле­
кулы хинина, химикам удалось создать новые
«расы» этого антибиотика, преодолев в них
природные недостатки пенициллина: неустой­
чивость против кислот (что препятствует прие­
му пенициллина внутрь) и быстрое выбрасыва­
ние пенициллина почками (что заставляет все
время поддерживать «боевую» концентрацию
пенициллина в организме частыми повторными
уколами).
;,'СЫПJIЯЮЩИЕ JIERAPCTBA
Не все недуги проистекают от вторжения
в наш организм микробов 11 вирусов. Многие
болезни вызваны нарушением нормального хода
тех или других естественных процессов, из ко­
торых слагается жизнь. И здесь созидающая
химия, опираясь на изучение строения моле­
кул, пришла на помощь медицине.
Наш организм нуждается в периодическом
отдыхе, который мы называем сном. R счастью,
не так уж много людей испытало на себе, как
мучительно страдать бессонницей и к каким
тяжелым последствиям это ведет. Каким же
благодеянием было открытие снотворного дей­
ствия барбитуровой кислоты (рис. 3)! Звездоч­
кой обозначены атомы водорода, особенно легко
замещаемые другими атомами или атомными
группами. И вместо одного врачи получили из
рук химиков целый набор снотворных веществ.
Одни из них действуют тотчас же после приема,
но вызывают кратковременный сон, другие вы­
зывают сон средней продолжительности. А не­
которые применяются для лечения длительным
сном.
В сущности говоря, снотворные вещества -
это уже вторжение химии в человеческую пси­
хику. Но найдены и более тонкие способы воз­
действия на психину химическими средствами:
пришло время говорить о зарождении нового
вида химиотерапии - психохимиотерапии. Так,
существуют два разных вещества с близко сход­
ным химическим строением. Пос1юльку «ядро»
их моленул одно и то же, одинаково и их дей­
ствие на психику: оба они «снимают» депрес­
сию - чувство подавленности, тоски и страха,
но наблюдается и различие, связанное с разли­
чием строения молекул в деталях: один препарат
1
Ta.б..iUtfa 'К c11Jamъe ссОр�ани-чесние веиfесmва
80Hp//Z H.(l.t'••
Теория строения органических соединений помогает
человеку создавать самые разнообразные вещества.

8кислоРод
• УГЛЕРОД
8 АЗОТ
СЕРА
• ВОДОРОД

.�
·�а
(\
·"<ч
:
"J•
:�. ,'·
t/\1 .J
·"��
•
КАУЧУКИ
/ск/
ЛЕКАРСТВА /СТРЕПТОЦИД/
ПОЛИАМИДЫ /КАПРОН/
•

лечит «беспричинную» депрессию органическо­
го происхождения, а другой - угнетенное
состояние психики, порожденное внешними
обстоятельствами.
ЖllЗНЕННЫЕ КАТ A.Jlll ЗATOPЫ
Еще в 1880 г. русский исследователь
Н. И . Лунин поставил поразительный опыт. Он
рассадил белых мышей в две клетки и назначил
одним обычную молочную диету, других же
кормил искусственным молоком: оно было со­
ставлено из очищенных веществ, входящих в со­
став натураJ1ьного молока, - казеина, жира,
молочного сахара и солей. В первой клетке
мыши чувствовали себя прекрасно, во второй -
гибли одна за другой. Вывод напрашивался сам
собой: в натуральном молоке, кроме перечис­
ленных, присутствуют в ничтожном количестве
какие-то неизвестные вещества, столь же необ­
:ходимые для жизни.
Впоследствии эти вещества были названы
вита м ина м и. Недостаток их в пище при­
водит к тяжелым заболеваниям и гибели жи­
вотных и людей. Самое удивительное в вита­
минах то, что они оказывают свое действие,
находясь в пище в ничтожных, едва поддаю­
щихся химическому учету количествах. Суточ­
ная потребность человека в том или ином вита­
мине выражается миллиграммами или даже до­
.чями миллиграмма. Организм животных и че­
ловека сам не вырабатывает витаминов, а полу­
чает их главным образом из растительной пищи
(см. т. 4 ДЭ, ст. «Витамины»).
Итак, .перед химиками встала привычная
задача: извлечь из растительного продукта со­
держащийся в нем витамин, установить его
структурную формулу и, руководствуясь ею,
синтезировать витамины из каких-либо дешевых
и доступных материалов. Малейшая ошибка
в установлении структуры молекулы витамина
или малейшая неточность в воспроизведении
этой молекулы искусственным путем приводит
подчас к тому, что весь труд пропадает даром.
Таб.1-и14а к cm.amъe �химия жиан.и и адоровъ1н,._
1. «Левый » и «правый» адреиаJJин. 2 . Тироксин.
3. Структура хинина и пJJазмохина. В -цент.ре ри­
сунка, на зеJJеном фоне, выдеJJеиа общая хинину
и ПJIВЗМОХИИУ часть MOJJeKyJJы. 4. в MOJJeKyJJy фeHOJIB
внедряется мoJJeкyJJa угоJJьиоrо анrндрида (ввержу);
ПОJJучается CBJIHЦHJIOBBЯ KИCJ
J
OTB (вн иау); еще одна
перестройка - и перед нами ПАСК (на черном
фоне). /J. ПоСJ
J
едоватеJJьио представлены структуры
мoJJeкyJJ: суJJьфаннJJовой киСJ
J
оты, ее амида, суJJь­
фиднна, а на синем фоне - параам1 :1обензойной
КИСJ
J
ОТЫ.
Звездочкой обозначены атомы водорода, кото­
рые особенно JJerкo замещаются друrнми атомами ·
HJJH атомными rруппами .
о32д.э.т.3
ХИМИЯ ЖИЗНИ И ЗДОРОВЬЯ
Случается даже, что при этом вместо вита­
мина получается его противоположность - ан­
тивитамин. Здесь повторяется история с <(фаль­
шивыми ключами». Таким фальшивым клю­
чом - антивитамином по отношению к витами­
ну С- является его зеркальный <щвойник» -
<шравая» аскорбиновая кислота.
За последние два-три десятка лет установ­
лена химическая природа многочисленных при­
родных витаминов и синтезированы сотни орга­
нических соединений, обладающих витамин­
ными и антивитаминными свойствами. Эти дра-
Рис. 3. Барбитуровая кисJJота.
гоценные вещества, очень скупо рассеян­
ные в природе, сейчас тоннами подучают на
заводах.
В прошлом вспышки авитаминозов - болез­
ней от недостатка витаминов - были обычным
явлением. Еще и сей
.
час авитаминозы пора­
жают бедные слои населения даже в такой бога­
той капиталистической стране, как США. В
Со-ветском Союзе массовых авитаминозов нет.
В этой победе выдающаяся роль принадлежит
нашей химии.
Сходную с витаминами роль в нашем орга­
низме играют гормоны. В самом начале
статьи мы познакомились с двумя из них -
адреналином и тироксином. Гормоны - это
химические регуляторы жизненных функций
нашего организма. Предположим, что внезап­
но вас что-то сильно испугало или рассердило.
Тотчас по сигналу из мозга надпочечная железа
выдавливает в кровь незначительную капельку
адреналина. Под его влиянием тонкие крове­
носные сосуды, доставляющие кровь мышцам
рук и ног, расширяются, сердце начинает бить­
ся учащенно и сильно. Весь организм приведен
в состояние готовности энергично реагировать
на угрожающую ему опасность.
497

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
В отличие от витаминов гормоны не посту­
пают в живой организм извне. Они вырабаты­
ваются в самом организме, в специализирован­
ных «фабриках» - железах внутренней секре­
ции. Понятно, что нужда в том или другом гор­
моне у животного и человека может возникнуть
лишь в случае нарушения нормальной дея­
тельности соответствующей железы. И это
случается.
Пока гормонами не занялась созидающая
химия, эти вещества, как и витамины, получали
с величайшим трудом из организмов животных.
При этом приходилось перерабатывать многие
тонны сырья, чтобы получить миллиграмм гор­
мона - столько, сколько весит булавочная го­
ловка. А когда было установлено строение их
молекул, то стало сравнительно легко нахо­
дить пути их искусственного получения, а �а­
тем и усовершенствования. Сейчас гормоны при­
меняют не только для лечения людей, но и для
повышения продуктивности сельскохозяйствен­
ных животных.
Прошло немногим более ста лет после того,
1.;ак научный мир был ошеломлен известием,
что искусственным путем в обыкновенной хими­
ческой колбе впервые получено органическое
вещество - мочевина. И вот сегодня уже не
в отдельных колбах, а в реакторах химических
заводов получают витамины и гормоны -
вещества, принимающие самое непосредствен­
ное, самое деятельное участие в жизненном
процессе.
НА ПУТИ К ИСКУССТВЕННО 1'1У
СО ЗДАНИЮ ЖИЗНИ
В искусстве мало ценятся художники, весь
талант которых заключается в умении подра­
;�.;ать чужим, хотя и действительно прекрасным
образцам. Искусство создавать что-то совер­
шенно новое несравненно ценнее и почетнее,
чем искусство копировать и подражать.
. . . Мы давно перестали видеть что-то особен­
но замечательное в том, что многие продукты
лаборатории тождественны с теми или другими
произведениями природы. Скорее мы склонны
увлечься идеей создания веществ, которых в при­
роде нет и не может быть.
Но в одной области исхусство человека от­
стало от искусства природы. Здесь мы еще ос­
таемся подражателями и учениками. Химик
может искусственно создавать важнейшие раз­
новидности жиров и углеводов. Он проник в
строение белковых веществ, из 1.;оторых состоит
4'98
мозг, мускулы, кожные покровы - весь ерга­
низм .цюдей, животных и других живых су­
ществ, вплоть до микробов и вирусов. Простей­
шие, подобные белкам вещества давно воспро­
изведены в лаборатории.
Практическое значение открытий в этой об­
ласти науки, казалось бы, должно быть особен­
но ценным для пищевой промышленности. Уме­
ние создавать основные пищевые вещества, ис­
ходя, если нужно, из элементов, могло бы пере­
вернуть все дело питания. Но природа постав­
ляет нам белхи, жиры и углеводы за несрав­
ненно более дешевую цену. Живые организмы -
сложнейшие «фабрики», которые возникли и
усовершенствовались не в один или два года, а
создавались миллионы лет.
Белки входят в состав нашего организма
в виде массивных молекул с громадными моле­
кулярными весами, примерно от десяти тысяч
и до нескольких миллионов единиц. В нашем
теле содержатся тысячи различных белков,
каждый из которых имеет свое особое строение
и выполняет свою особую роль в жизнедеятель­
ности организма.
При кипячении со щелочами и кислотами
громадные молекулы белков расщепляются на
мелкие молекулы аминокислот - так п.1
1
охо
скованные цепи распадаются на отдельные
звенья. Аминокислоты и являются теми звенья­
ми, из которых слагаются молекулы всех бел­
ков. На рисунке 4 представлена структура мо­
лекулы простейшей из аминокислот, так назы­
ваемого глицина. В рамки заключена та груп­
пировка атомов, которая сохраняется во всех
белковых аминокислотах. Остальные из числа
важнейших природных амино­
кислот, на которые расщепля­
ются природные белки, отли- 1- -
чаются от этой лишь тем, что 1 Н
один водородный атом заме- 1
щеп той или другой неслож- 1
1
ной группой атомов.
:НН
1
Это замещение имеет за- - - - - -
-
---·
мечательное последствие: от-
Рис. 6•
меченный звездочкой атом
углерода становится асимметрическим, т. е .
появляется возможность существования мt.1ле­
кулы в двух вариантах - «левом» и «правом».
Но особенно поразительно другое. l\аков бы
ни был источник природной аминокислоты -
любой растительный или животный вид, любой
вид бактерий, молекулы всех природных ами­
нокислот оказывг ются «левымю); «правые» ами­
нокислоты в живой природе обнаружены лишь
в антибиотиках.

То, что происходит с белками в химической
колбе, происходит и в природной «колбе» -
в желудке: белки расщепляются в нем на амино­
:иислоты. Маленькие молекулы аминокислот лег­
:ио проникают через стенки желудка в кровь
и разносятся по тканям организма, где вновь
сцепляются в молекулы белков. Значит, нам
не обязательно питаться белками, можно пи­
таться и непосредственно аминокислотами? Не
обязательно даже, чтобы белковая пища попа­
дала в желудок, можно впрыскивать раствор
аминокислот прямо в кровь? Именно так и по­
ступают врачи, когда больной страдает настоль­
ко глубоким расстройством пищеварения, что
его желудок отказывается переваривать белко­
вую пищу.
Не обязательно также, чтобы в аминокис­
лотной диете содержались все природные амино­
кислоты. Мы нуждаемся лишь в 9 из них, ос­
тальные наш организм может готовить сам. Низ­
шие же организмы способны вырабатывать для
себя все необходимые амино:иислоты из неорга­
нических веществ.
Белковая пища полноценна, когда в ней со­
держатся все 9 необходимых аминокислот.
Таков творог. Если в белковой пище не­
достает тех или иных аминокислот, она непол­
ноценна. Например, в желатине (белке), обра­
зующемся при вываривании костей, недостает
трех из числа необходимых человеку ами­
нокислот.
Сцепление молекул аминокислот в цепочко­
образные молекулы белка осуществляется в тка­
нях нашего организма путем отщепления воды:
HRO HRO
HRO
HRO
1
1
11
1
111
1
1
11
1
1
li
N-C-C N-C-C N-C-C N-C
-C
_,
l_11
11
1
1
1
1
1
1_
1
-
н/н10-ннl н10-ннl н/о-нН1н10-н
-
t
--
HRO HRO HRO
HRO
1
1
11
1
1
11
1
1
11
1
1
11
-
N-C -C
-
N-C -C -N
-C-C-N-C-C-
1
1
1
1
н
н
н
н
В одних случаях молекулы образующегося
белка напоминают нить, свернутую в :клубок
(такие молекулы образует, например, белок
:куриного яйца). В других случаях они сохра­
няют вытянутую форму (такая молекула напо­
минает длинную пружин:иу - рис. 5). Из мо­
ле:иул-пружинок, с:ирученных друг с другом,
:как проволочки в :кабеле или тросе (рис. 6),
слагаются. волосы, ногти, мускулы и другие
32•
ХИМИЯ ЖИЗНИ И ЗДОРОВЬЯ
волокнистые ткани на­
шего организма. Эти мо­
лекулы действительно
обладают свойством пру­
жины: они могут растя­
гиваться до длины, вдвое
превышающей их нор­
мальную, и сжимаются
вновь, как только рас­
тягивающая сила пере­
стает действовать.
Химик вводит рас­
щепленный белок в при­
бор-автомат и спустя
сутки без своего даль­
нейшего участия полу­
чает готовый результат
анализа - графю<, за­
печатленный на ленте.
Он узнает, какие имен­
но аминокислоты и в
:каком количественном
соотношении входили в
состав данного белка.
Но далее встает слож­
ная задача -превратить
данные анализа в струк­
турную формулу. До
:конца удалось решить
ее (с помощью физики и
Рис. 5.
математики - рентгеновского анализа и элек­
тронно-счетных машин) для нескольких бел­
ков, в том числе для одного из животных бел­
:иов-гормонов - инсулина. Молекула этого бел­
:иа состоит из 51 звена, представленного 15 ами­
нокислотами. Его структурная формула едва
ум�стилась бы на странице этого тома. И вот
что замечательно: последовательность сцепле­
ния аминокислотных звеньев строго одна и та
же в инсулине, извлеченном из столь различ­
ных животных, как свинья и :нит.
Строение молекул инсулина всех свиней и
всех китов повторяется и в инсулине лошади,
только в нем в одном из звеньев аминокислота
серин заменена глицином; у бы:иа замещены дру­
гими аминокислотами два аминокислотных зве­
на, у овцы - три... Это единство плана построе­
ния молекулы бел:иа, выполняющего одно и
то же назначение в организме разных живот­
ных, тем более поразительно, что из 15 амино­
кислот теоретически можно образовать милли­
арды миллиардов (больше, чем, например, волос
на головах всех жителей Земли) 51-звенных
це.пей различного строения, беря одина:иовые
или различные звенья и смыкая их друг с дру-
499

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Рис. 6.
гом в разном .порядке. На рисунке 7 представ­
лена последовательность сцепления аминокис­
лот в молекуле еще более сложного белка -
рибонуклеазы; аминокислоты обозначены здесь
начальными буквами их названий: сер - серин,
вал-валинит.д.
Проблема искусственного белка продол­
жает штурмоваться в разных направлениях.
Но и сейчас химия далека от решения задачи
получения белков заводским путем. Таким об­
разом, нельзя особенно надеяться на коренное
преобразование в ближайшем будущем совре­
менных способов питания. Успехи в искус­
ственном воспроизведении природных белков в
накой-то мере приближают нас к решению ве­
личайшей теоретичесной и прантической зада­
чи - искусственному созданию жизни.
При искусственном воспроизведении белков
не обошлось без разочарований. Многие рас­
считывали, что создать белон - зто и значит
создать жизнь. Однако выделено большое коли­
чество белков, все они прекрасно сохраняются
в пробирках, многие - в виде превосходных
кристаллов, но признанов жизни вне живого
организма в них так же мало, как в сахаре или
крахмале. Это нисколько не поколебало уве­
ренность, что уяснить и осуществить переход от
«неживого» к «живому» - цель, доступная· имен­
но химическому исследованию.
Химик обращается к биологу с вопросом:
какими свойствами нужно наделить молекулу,
чтобы она стала «житм? Тогда уже дело химика
думать, ка1ше сочетания атомов
для появления этих свойств сле­
дует создать.
Многие полагают, что жизнь
имеет нехимическое начало, что
она началась не с молекулы,
а с какого-то уже достаточно
сложного сочетания молекул,
так как всякий живой организм
обладает не только определен­
ным химическим составом, но
и определенной организацией.
Подробное обсуждение
этих
мнений будет иметь смысл лишь
тогда, когда мы точно опреде­
лим, что именно разумеем под
СЛОВОМ «ЖИТЬ>>.
Рис. 7. Последовательность сцепления аминокислот в молекуле белка - рибо­
вуклевзы. Мостики между отдельными участками цепи образуют остатки амино ­
кислот. Лиг - лизин, zлy>n- rлутам нновая кислота , tnpe - треовин, ал- ала­
иив, rfJaл - фенилаланин, apz - арrинин, сер - серин , оис - l'нстиднн, ..
.
".,.-
метионин, опир - тирозин , цис - цистин , acn - аспараrиновая кислота, лейц-
лейцин, про.а - пролин, """" - валин , o.ittц - rлиции, иао.а - изолейцин.
Для того чтобы решить, что
рассматриваемый объект именно
живое существо, мы должны ус­
тановить у него одновременное
наличие ряда свойств. Вопрос
и заключается в том, можно ли
все эти свойства сочетать в од­
ной молекуле. Создавая краски,
химик именно так и сочетает в
одной молекуле свойство быть
окрашенной, свойство сцеплять-
ся с волокном и т. д.

Ставя таким образом задачу искусственного
создания жизни, мы не рассчитываем, как алхи­
мики, что из химической колбы выскочит гото­
вый гомункулус - маленький живой человечек.
Ведь живые существа, помимо всего прочего,
имеют за собой миллионы лет истории, управля­
емой законами естественного отбора, и мы вряд
ли сможем перепрыгнуть через эту великую
пропасть времени. Мы можем рассчитывать лишь
создать нечто такое, что, будучи предоставлено
самому себе, при благоприятных условиях пре­
вратилось бы спустя миллионы лет в растения,
животные или нечто подобное тем и другим.
Будет ли это искусственно созданное «нечто»
веществом или каким-то сверхпростым организ­
мом? В течение многих лет пристальное внимание
ученых приковано к миру живых существ, не­
доступных даже сильнейшим микроскопам. Та­
ковбактериофаг-«пожиратель бакте­
рий». Действие бактериофага впервые описал
русский ученый Н. Ф . Гамалея еще в 1898 г.
Это такой же паразит по отношению к бактери­
ям, как бактерия по отношению к человеку. Бак­
тер:iюфаги присутствуют всюду, где присутст­
вуют бактерии: в животных организмах, в воде
рек, озер, морей и т. д . Они выделены, и из про­
дуктов, не зараженных бактериями: из чеснока,
лука, яблок, моркови. Бактериофаги удалось
наблюдать лишь с помощью ультрамикроскопа
и электронного микроскопа. Это инструменты
такой мощной разрешающей силы, что им уже
доступны наиболее крупные молеRулы. Итак,
бактериофаги имеют размеры массивных моле­
кул! Это материя, раздробленная на молекулы.
Но эта материя живет, т. е . питается и размно­
жается, сохраняя свои прирожденные свойства.
Вокруг бактериофагов разгорелся страстный
спор. По мнению одних, бактериофаг - это
вещество, по мнению других - живое существо.
Не есть ли он и то и другое одновременно,
думали третьи.
Бактериофагам во всем, кроме условий суще­
ствования, подобны вирусы - ультрамикроско­
пические возбудители заразных болезней, таких,
как грипп, полиомиелит, бешенство. Первый
вирус - возбудитель чумы у рогатого ско­
та - был открыт тем же русским ученым Га­
малея за два года до открытия им первого бак­
териофага. Частицы одних вирусов выглядят
в электронном микроскопе, как шарики, дру­
гих - как тонкие и длинные палочки. По отно­
шению к людям, животным и растениям виру­
сы ведут себя, как микробы. Живые организмы
в свою очередь относятся к ним, как к микробам:
в борьбе с вирусами они вырабатывают в себе
ХИМИЯ ЖИЗНИ И ЗДОРОВЬЯ
Рис. 8. Бактериофаrи под ЭJ1ектроиным
микроско пом .
«антитела», гибельные для данного вида вируса,
и в таких случаях, перенеся болезнь, приобре­
тают иммунитет к нему, т. е. повторно этому
заболеванию не подвергаются.
Естественно, что врачи обращаются с виру­
сами так же, как с микробами. А химики обра­
щаются с теми же вирусами, как с самыми обык­
новенными веществами: они растворяют их,
адсорбируют, осаждают и кристаллизуют.
ХИМИЯ И НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ
Самое удивительное в развитии живых существ
заключается, конечно, в. том, что из ничтожно­
го микроскопического зернышка, клубка хромо­
сом, развивается нечто очень большое, очень
сложное, очень 'ТОНК
,
о организованное и на­
столько точно предопределенное, что близнецы,
развившиеся из одной и той же нлетки, часто
оказываются нераа;Личимо похожими друг на
друга. Мы называем это наследственностью.
Казалось бы, химику в обсуждении вопросов
наследственности делать нечего. Но это не так.
Чтобы последующее ,не показалось слишком
необы1щовенным, всnомним, накое богатство
образов, мыслей, чувств порождает в нас лите­
ратурное произведение с помощью всего 33
значков - 33 букв русского алфавита, расстав­
ленных в строго определенном порядке и множе­
ство раз повторяющихся. Но и 33 значка -
это роскошь. Любой текст может быть передан
телеграфистом всего с помощью трех знаков
азбуки Морзе: точка, тире и пауза.
Однако речь у нас пойдет не о литературных
произведениях, а об основном свойстве живых
601

ПРЕВРАJЦЕВИЯ ВЕIЦЕСТВА
Рис. 9 . :ДНК - линейный
биопол.имер . Она слагается
из ну.uеотидов , структура
одног&-.
на них представ-
лена на этом рисунке.
существ - их способно­
сти воспроизводить по­
коление за поколением
себе подобные новые
живые существа. Глав­
ную роль в передаче на­
следственных признаков
у всех живущих су­
ществ, начиная с бакте­
риофага, выполняет оп­
ределенное
вещество.
Оно называется дез о к­
с и р ибонуклеи ­
новой кислотой
или сокращенно ДНК.
ным
ДНК является линей­
биополимером, она слагается из отдельных
кирпичиков, так называемых н у к л е о т и­
д о в, как молекула белка из аминокислот.• Но
амишшислот 20, а нуклеотидов всего 4. Струк­
тура одного из них представлена на рисунке 9 .
Заключенная в раМI>у �асть - общая для всех
четырех нуклеотидов, а придаток, изображенный
в виде язычка, у них разный. Эти придатки
называются соответственно аденином, гуанином,
тимином и цитозином. В последующем мы будем
обозначать их первыми буквами: А, Г, Т и Ц.
ДНК, свойственные каждому виду бакте­
рий, растений или животных, отличаются от
ДНК пюбого другого вида числом составляю­
щих их нуклеотидов и порядком их сочетания
Рис. 10. RвP1>:ry - сочетание нуклеотидов в молекуле ДНК:
две параллельны е цепи , соединенные мостиками между нук­
леотидами А, Г, Т н Ц. Вниау показано размножение моле-
кулы ДНК.
502
друг с другом совершенно так же; как отли­
чаются друг от друга различные белки. Верхняя
часть рисунка 10 показывает, как сочетаются
нуклеотиды в молекуле ДН К в две параллель­
ные цепи, связанные одна с другой через при­
датки А, Г, Т и Ц. Обратите внимание на то,
что Т связывается только с А, Ц только с Г!
Поэтому последовательность нуклеотидов в од­
ной цепи определяет и размещение нуклеоти­
дов в другой.
Подобно цельному живому организму,
ДНК, содержащпеся в его нлетках, способны
к самовоспроизведению. Нак происходит раз­
множение молекул ДНК, показано в нижней
части того же рисунка. Начинается с того,
что цепочки расходятся, расцепляются. Затем
к каждой из них начинают пристраиваться
свободные моJrекулы ную1еотидов, содержащие­
ся в окружающей среде, следуя строго тому
же закону: Т пристраивается к А (или на­
оборот) и Ц к Г. В результате из одной моле­
кулы ДНК образуются две, совершенно тож­
дественные с исходной молекулой.
Размножение ДНК воспроизведено в про­
бирках, вне живого организма, как обыкновен­
ная химическая реакция. Для этого достаточно
ввести ДНК, выделенную из какого-либо орга­
низма, в среду, содержащую все четыре необхо­
димых нуклеотида (обязательно все четыре, ина­
че реакция не пойдет) и особый фермент - поли­
меразу, которая «сшивает» пристраивающиеся
молекулы нуклеотидов в новую цепочку. Для
успеха опыта необходимо лишь предварительно
расщепить исходные молекулы очищенной ДНК
на две отдельные цепочки. Это достигается
простым нагреванием ДН К в течение 10 минут.
Тан же происходит «размножение» ДНК
в живых организмах, например при заражении
бактерии бактериофагом. Бактериофаг пред­
ставляет собой свернутую в виде спирали моле­
кулу ДНК, наполовину заключенную в бел­
ковый чехольчик. При заражении бактерии
соответствующим бактериофагом (например,
дизентерийной бактерии антидизентерийным
бактериофагом) ДНI\ бактериофага внедряется
в бактерию, а белковый чехольчик остается
снаружи. В теле бактерии появляется новый
«хозяин» - чужеродная ДН К - и начинается
тот же самый процесс, который только что
был описан как пробирочная реакция. В резуль­
тате бактерия погибает, и из нее выходит новое
поколение бактериофагов - в точности таких
же молекул ДНК, заключенных в такие же
белковые чехольчики. Нечто подобное проис­
ходит с вирусами.

В ДНК, в их нуклеотидном составе и в по­
следовательности нуклеотидов заключена про­
rрамма развития будущеrо организма - будь
то бактериофаr, вирус или высокоорганизован­
ное существо - человек. Но это значит, что
состав и строение исходной молекулы ДИН.
определяет, контролирует аминокислотный со­
став и строение молекул тех белков, которым
предстоит образовываться в процессе развития
данноrо орrанизма (подобно тому, как после­
довательность точек и черточек на ленте, выхо­
дящей из телеграфного аппарата, определяет
последовательность букв в расшифрованном
тексте телеrраммы). Так оно и есть.
Было синтезировано простейшее вещество,
подобное ДНК, - полиуридиловая кислота.
Ее цепочка слагается из однотипных звеньев­
лишь из одного из четырех нуклеотидов. При
ее участии в пробирке был синтезирован «бе­
лою>. Оказалось, что и «белою> состоит из одно­
типных звеньев: лишь из одной аминокисло­
ты - фенилаланина. Затем в полиуридиловую
кислоту был «вставлею> второй нуклеотид -
аденин, и в «белке» появилась новая амино­
нислота - изолейцин. Но нуклеотидов всеrо
четыре, а аминокислот 20. Как же структура
молекулы ДИН. может предопределять, кон­
тролировать структуру белка, построенноrо из
большего числа аминокислот, чем четыре?
Вот здесь нам и приходит на помощь азбука
Морзе. Депеша, которая выходит из телеrраф­
ного аппарата, состоит только из значков троя­
кого вида: точек, черточек и пауз (если считать
паузу за особый значок), а расшифрованный
текст - из 33 букв алфавита, причем каждая
буква в нем занимает столь же строго определен­
ное место, как каждая точка или черточка
в телеграфной депеше. Очевидно, нечто подоб­
ное имеет место и в молекулах биополимеров.
Rаждой аминокислоте отвечает не отдельный
нуклеотид, а сочетание (как сейчас предпола­
rается) из трех нуклеотидов; не отдельное ну­
клеотидное звено молекулы ДНК, а участок
из трех таких звеньев, как каждой букве в
азбуке Морзе отвечает не отдельный знак -
точка или черточка, а комбинация из несколь­
ких точек и черточек.
Химическая теория наследственности от­
крыла пути в создании новых видов - мута­
ций: - живых организмов через перестройку
ДНК существующих видов, воздействуя на
них химическими реактивами, получившими
название мутаrенов («рождающих мутации»).
Первые опыты в этом направлении уже при­
несли обшэ.деживающие результаты. Открыты,
ХИМИЯ -ЖИЗНИ И ЗДОРОВЬЯ
в частности, вещества, которые вызывают уве­
личение числа хромосом, т. е . пучков нуклеи­
новых кислот в растительных клетках. Тан,
из обычных сортов свеклы создана сахарная
свекла, превосходящая по урожайности и со­
держанию сахара лучшие сорта, ранее выве­
денные биолоrами. Весьма эффективным вме­
шательством в структуру ДНК оказалось ра­
диоактивное облучение. Оно вызывает пере­
стройку молекул ДНК, наследственно переда­
ваемую потомству облученных орrанизмов.
Отбирая растения, которые обладают полез­
ными качествами, получают новые сорта, более
продуктивные, невосприимчивые к вирусам и
друrим заболеваниям, с неполеrающим стеблем.
МЕДИЦИНА НА l\IOЛERYЛИРНОМ
УРОВНЕ
Мы изучаем жизненный процесс, разлагая,
расчленяя его на массу отдельных закономер­
ностей, причины которых до поры до времени
остаются невыясненными. Но это нисколы<о
не мешает нам использовать замеченные зако­
номерности на практике. С друrой стороны,
раз закономерность установлена, объяснение
ее становится лишь вопросом времени. Мы
знаем, например, какие службы в нашем орга­
низме несет кровь; умеем определять ее до­
стоинства и недостатки с помощью анализа; зна­
ем, как сщ>жно ее поведение в организме, ка�<
сложен ее состав, и обнаруживаем строrие ЗаI\О­
номерности там, где раньше видели дело случая.
Образное выражение «В их жилах течет
одинаковая кровь» получило научный смысл.
Действительно, кровь может быть одинаковой
и разной. Смешав каплю 1<рови своей и сRоего
друга, как это делали наши предки, клянясь
друг другу в вечной дружбе, вы под микро­
скопом увидите либо слипшиеся друr с другом
кровяные шарики, либо не увидите ничего
особенного. Картина слипания кровяных шари­
ков на языке медицины называется агглютина­
цией, а на языке химии - коагуляцией.
Эта картина далеко не безобидна. Она
раньше приводила к смертельному исходу при
неудачных переливаниях крови. Поэтому при
ответственной операции врач должен при по­
мощи физико-химического исследования крови
определить, к какой из четырех «кровяных групш
принадлежит кровь его пациента и лица, у ко­
торого берут кровь.
Как любой орrан, кровь подвержена забо­
леваниям. Одно из них, почти всегда смер-
503

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
тельное, под микроскопом проявляется в том,
что кровяные шарики утрачивают округлые
очертания и принимают форму серпа. Из забо­
левших кровяных шариков был извлечен белок,
осуществляющий функцию дыхания, - гемо­
глобин и исследовано строение его молекул.
И что же обнаружилось? В «больном)) гемо­
глобине одна из аминокислот оказалась в от­
дельных звеньях замещена другой - глютами ­
новая кислота валином. Глютаминовая кислота
имеет электрический заряд, и это препятствует
слипанию молекул гемоглобина, а валин лишен
электрического заряда. Вследствие этого моле­
.кулы «больного)) гемоглобина слипаются друг
с другом, что и придает кровяным шарикам
серповидную форму.
С точки зрения химика, живой организм -
это крепость, построенная из белков, ДНR
и т. д . Когда в эту крепость вторгаются и
начинают хозяйничать в ней микробы или
вирусы-это вторгаются чужеродные белки и
нуклеиновые кислоты! наступает инфекцион­
ное заболевание. Но, нак мы только что видели,
заболевание может наступить из-за перерожде­
ния собственных белков и ДНR организма -
нарушения нормального состава и строения
вырабатываемых организмом белков.
С этих позиций рациональная химиотера­
пия около двух десятков лет назад всту­
пила в борьбу с самой таинственной и зловещей
болезнью - раком. Вместо нормального «строи­
тельного)) материала для ДНR в раковую
клетку вторгаются молекулы нуклеотида, ис­
порченные прикреплением к ним того или иного
токсофора. Испорченный материал вовлекается
в процессы, идущие в раковой клетке, и это
отравляет, губит ее.
ХИ1'1ИЯ НА С.JIУЖБЕ
ВОЙНЫ И МИРА
Многие века люди ставили себе горчичники,
чихали от нюхательного табака, желая при этом
друг другу здоровья, приправляли свои куша­
нья перцем, луком и чесноком, не подозревая,
что действующие начала этих растений будут
извлечены и сконцентрированы также для целей
войны. Но интерес к нарывным, чихательным
и слезоточивым отравляющим веществам расти­
тельного происхождения как к средствам хими­
ческой войны прошел так же быстро, как поя­
вился: они были заменены продуктами хими­
ческой индустрии, сходными по химическому
строению, более дешевыми и сильными по дей-
504
Рис. 11.
ствию. Сравните строение молекулы действую­
щего начала чеснока со строением моле:nулы
«короля»
отравляющих
веществ - иприта
(рис. 11). И там и здесь имеет решающее значе­
ние часть молекулы, заключенная между пун:n­
тирными линиями, так называемый мустаргил.
Это новое участие химии в массовом истреб­
лении людей удалось преодолеть. Было под­
писано международное соглашение, запрещаю­
щее применять отравляющие вещества (под
ним не хватало лишь одной подписи - амери­
канского представителя). Но неожиданно иссле­
дование отравляющего действия иприта откры­
ло новые пути в химиотерапии злокачествен­
ных опухолей. Иприт подавляет деятельность
кровотворных органов, чрезмерное усиление
которой приводит к переполнению крови лей­
коцитами - к белокровию. Но иприт не удов­
летворяет основному требованию химиотерапии:
щадить здоровую, живую ткань. При замене
атома серы в иприте атомом азота получается
эмбихин - лекарство, помогающее при хрониче­
ском белокровии, а также при злокачественных
заболеваниях лимфатических желез.
Когда в борьбу с раком вступила химия,
возникла идея присоединить азотно-ипритную
группировку атомов к кирпичикам - амино­
кислотам и нуклеотидам, из которых строятся
белки и ДНR, и тем самым как бы отравить их.
Были созданы новые средства борьбы со злока­
чественными опухолями - допан и сарколи­
зин («растворитель опухолей»). Таково обеща­
ющее начало: не следует забывать, что химия
включилась в борьбу против рака
каких­
нибудь два десятка лет назад.
Еще вчера утверждали, что наука бессильна
в борьбе с теми глубочайшими расстройствами

«химического хозяйства>) организма, которые
вызывают радиоактивные излучения (а с этой
угрозой придется вплотную встретиться при
длительных космических путешествиях). Но
при этом в расчет не была принята химия.
Сначала ощупью, затем, опираясь на первые
успехи и раскрывая связь между строением
молекул и их антирадиационным действием,
через рациональный синтез химики нашли пути
к предупреждению и лечению и этого страшного
недуга - лучевой болезни.
Итак, искусственные белки, сахар и шелк
из дерева, тончайшие ароматические вещества
из отвратительно пахнущих продуктов распада
и разложения, бесчисленные краски и лекар-
химия пищи
ства из каменноугольной грязи, добротные
ткани из природных гаЗов - все это не мечта
и не сказка. Это явь ХХ в., результат неус­
танного изучения строения молекул. Химия
представляется нам волшебным деревом с
необычайно разнообразными плодами, но пи­
тающимися одними и теми же соками. На­
править эти соки в ту или другую ветвь
зависит от людей. От них зависит, будет ли
химия врачевать или умерщвлять, улучшать
пищевые продукты или фальсифицировать их,
удобрять почву или уничтожать урожаи напал­
мом, красить материи,. двигать суда, прокла­
дывать туннели... Химия - это океан неисчер­
панных и неисчерпаемых возможностей.
•
химия пищи
Замечательная лаборатория - кухня! Сколь­
ко чудесных химических превращений совер­
шается в ней!
Вы хотели налить себе стакан молока, но,
оставленное в теплом месте, оно скисло, и вы
съедаете уже простоквашу. Вы с наслажде­
нием вдыхаете аромат свежеиспеченного хлеба,
покрытого аппетитной корочкой. Но ведь хлеб -
это уже совсем не то, что мука, из которой
он был испечен. Вы хотели поджарить яичницу,
но зазевались, и яичница на сковородке подго­
рела. А вот варится суп. Мясо в нем потеряло
прежнюю окраску, оно стало серым и легко
распадается на отдельные волоконца.
Пока человек не умел добывать огонь, он
пользовался растительной и животной пищей
в том виде, в каком находил ее в природе.­
питался сырым мясом и сырыми плодами.
А теперь едва ли кто-нибудь возьмется пере­
числить все кушанья, какие умеют готови:гь
люди.
Из каких же веществ состоит все это богат­
ство современной кулинарии? Что происходит
с пищей при ее приготовлении, а затем и в на­
шем организме?
Человеку для питания нужны прежде всего
три вида веществ-углеводы, жиры
и белк и. Продукты питания и состоят из
этих веществ. Сало и масло - это жиры; в кар­
тофеле, овощах и хлебе много углеводов; мясо,
рыба, яйца богаты белками.
Всякий знает, что, кроме этих веществ,
человекунужныещеводаисоли. Ито
и другое также содержится в нашей пище. На­
пример, в каждых 100 г капусты - 90 г воды.
Но, кроме того, воду человек употребляет и
отдельно, а соль добавляет в пищу. Известно
также , что наш организм нуждается еще в мик­
роскопических количествах так называемых
витамино в (см. т. 4 ДЭ, ст. «Витамины»).
Поговорим же о главных составных частях
нашей пищи - об углеводах, жирах и белках.
Начнем с ... киселя! Чтобы его сварить,
нужен крахмал. Это беЛое мучнистое вещество
называют иногда картофельной мукой. Крах­
мал разбалтывают в воде и выливают, помеши­
ваJI, в горячий фруктовый сироп, который сразу
начинает густеть. Вот этот крахмал и есть глав­
ный представитель углеводов, необходимых
нашему организму.
505

ПРЕВIРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
«Rак же это может быть,- спросите вы
недоуменно, - ведь кисель мы едим сравнитель­
но редко, а углеводы нужны организму посто­
янно?» RpaxмaJI мы употребляем обычно не
в чистом виде, а в составе различных продуктов.
Его много в растительной пище - в клубнях
и корнях, плодах и зернах. Rаждые 100 г.
картофеля доставляют .орrанизму около 20 г
крахмала, 100 г пшеничной муки - около
70 г :нрахмала.
Чтобы убедиться в том, что крахмал в этих
продуктах есть, проделаем опыт. Изотрите на
терке две-три хорошо промытые картофелины.
Затем заверните картофель в реденькую тря­
почку и разминайте пальцами в воде до тех
пор, пока не перестанет образовываться муть.
Воде дайте отстояться. Вы заметите на дне ка­
· стрюли белый осадок. Слейте с него воду.
Это и есть крахмал.
Йодную настойку разбавьте водой и кап­
ните этим раствором в сваренный вами крах­
мальный клейt;тер. Жидкость сразу же окра­
сится в ярко-синий цвет Разбавьте клейстер
в 10-20 раз водой. Он и после этого от йода
посинеет. Давайте теперь искать крахмал с
помощью йодной настойки в различных про­
дуктах.
..
.
-�l
.
;
"�-
506
Капните раствор на свежий срез картофеля,
на кусочек вареного картофеля, на срез неспе­
лого яблока, на ломтик белого хлеба и даже на
пудру. Всюду, оказывается, есть крахмал.
Но синевы не получится, если капнуть йод­
ным раствором на ломтик сала, кусочек мяса,
на поваренную соль или на щепочку.
Крахмал- сложное вещество, он состоит
из трех видов атомов: углерода, водорода и кис­
лорода. Вы уже вспомнили, что из этих трех
видов атомов состоит и клетчатка. Сходство
по составу крахмала и клетчатки прямо-таки
разительное! У них даже одна и та же формула
(С6Н10 Оr,)п, и в молекуле крахмала, как и в моле­
куле клетчатки, таких групп - С6Н1006- тыся­
чи. Почему же крахмал и клетчатка разные
вещества? Причина в том что звенья С Н О
'
610ь
в молекуле клетчатки соединены в одну длин-
ную цепь, а в молекуле крахмала разветвлены.
Поэтому крахмал не образует волокон, а клет­
чатка не служит продуктом питания.
В природе крахмал находится в виде зерен
в растительных клетках. Зерна эти можно ви­
деть под микроскопом. Rаждое из них - это
скопление громадного числа молекул. Rогда
вы терли картофель, то разрывали оболочки
клеток, зерна освобождались, отмывались и
осаждались на дно.
Заметили ли вы, что на срезе клубня карто­
феля окраска йода появляется не сразу? Это
потому, что зерна крахмала там защищены обо­
лочкой. А в вареном картофеле клетки набухают
от воды, оболочки лопаются и йод беспрепят­
ственно попадает к крахмалу.
В поисках крахмала капнем, кстати, йодом
себе на руку. Да зачем капать? Мы и так знаем
что от йода наша кожа не синеет. Скольк�
крахм�ла мы поедаем в виде хлеба, картофеля,
овощеи1 но в составе наших тканей его нет.
Что же происход�т с молекулой крахмала,
когда она с пищеи попадает в наш организм?
Как аппетитно выглядит жареный карто­
фель! При одном его виде, особенно если вы
проголодались, «текут слюнкш. И они текут
недаром: для них сейчас найдется дело.
При пережевывании во рту пища обильно
смачивается слюной. В ней есть особое веще­
ство-фермент амилаза. Большиемоле­
кулы крахмала могут разлагаться молекулами
воды на более мелкие части, а амилаза помогает
им в этом.
Разложение молекул крахмала на все более
и более мелкие части продолжается и дальше -
в желудке и кишечнике (под влиянием других
ферментов), пока он в конце концов не пре-

вратится в глюкозу С6Н1206• Еемного
в винограде, она и придает ему сладкий вкус.
Поэтому глюкозу часто называют виноград­
ным сахаром.
Наш организм крахмал непосредственно не
усваивает, так как его крупные молекулы не
могут всасываться в кровь через стенки кишеч­
ника. Маленькие же, растворимые в воде моле­
кулы глюкозы легко проникают в кровенос­
ные сосуды и доставляются током крови ко
всем тканям организма. Там глюкоза окисляется
поступающим с кровью кислородом и превра­
щается в углекислый газ и воду. При этом выде­
ляется теплота. Она дает организму жизнен­
ную энергию и поддерживает определенную
температуру тела. Значит, крахмал - это как
бы топливо нашего организма. Теперь понятно,
почему слабому больному для укрепления сил
врачи прописывают глюкозу.
Замечательное явление! Если крахмал
полностью превращается в глюкозу, то глю­
козы получается больше, чем было крахмала.
Каждое звено С8Н1006 превращается в молекулу
глюкозыС6Н1206• Сравните эти формулы. Между
ними разница на молекулу воды Н2О. Пре­
вращение крахмала в глюкозу к тому и сводит­
ся, что к каждому звену С6Н1005 присоединяется
молеку.т�а Н20. Эту реакцию изображают так:
(С6Н1005)п + пНр = пС6Н12О6
1<рахмал
вода
глю1<оза
Разложение вещества водой называется
гид р о л и з о м. При гидролизе крахмала,
прежде чем появится глюкоза, образуется много
промежуточных веществ, молекулы которых
мельче молекул крахмаJ1а, но еще крупнее моле­
кул глюкозы. Это так называемые дек ст­
рин ы.
Почему не едят сырую картошку, а предва­
рительно варя� или жарят ее? Почему не пита­
ются непосредственно мукой, а пекут из нее
:клеб? Да потому, что при варке, жарении: и пе-
химия пищи
чении крахмал уже начинает подвергаться гид­
ролизу - из него образуются декстрины. А в
нашем организме они быстрее и легче превра­
щаются в глюкозу, чем сам крахмал.
Декстрины клейки. Из них образуется твер­
дая корочка на жареном картофеле или печ�­
ном хлебе. Их появлением объясняется и клеи­
кость крахмального клейстера. Накрахмален­
ный воротничок под горячим утюгом стано­
вится твердым потому, что крахмал превра­
щается в декстрины.
Вернемся снова к нашей «химической лабо­
раторию) - домашней кухне. Чтобы испечь
хлеб или пирог, муку смешивают с водой, добав­
ляют дрожжи и сильно месят. После этого
тесто ставят в теплое место и дают ему «подоii­
ТЮ). Понаблюдайте за ним в это время. Тесто
понемногу поднимается, на нем лопаются ка­
кие-то пузырьки. Поднесите к тесту горящую
спич1\у. Она гаснет, как в углекислом газе.
Да это и есть углекислый газ. В тесте под влия­
нием фермента дрожжей идет брожение. В нем
накапливается углекислый газ, который подни­
мает тесто и даже выходит наружу. От этого
хлеб при печении становится пористым. Taкoii
хлеб лучше переваривается в организме.
Но ведь при брожении образуется спирт.
Вы сможете обнаружить и его. Понюхайте под­
нявшееся и уже перестоявшее тесто: оно пах­
нет спиртом.
l\ углеводам, которые идут нам в пищу,
кроме крахмала и глюкозы, относится еще
с а х а р о з а, или свекловичный сахар. �ахар
сначала был найден в соке сахарного тростника,
и Европа долго не зна.Ла его, так как тростник
произрастал только в тропических странах.
Но вот в XVIII в. сахар был найден в свекле.
Казалось бы, чего проще: потереть свеклу,
выжать сок, выпарить его - и сахар готов.
Но он еще долго не давался в руки химикам.
Сколько было неудач, прежде чем начали ра-
oO'i

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
ботать заводы по извлечению сахара из сахар­
ной свеклы! Сейчас эти заводы вырабатывают
во всех странах миллионы тонн сахара еже­
годно.
Сахар не только лакомство, он очень пита­
телен. Молекула его несложна - С12Н22011.
В организме человека она разлагается на мо'­
лекулу глюкозы и молекулу фруктозы:
С12Н 22О11 + нр = СеН1Ре + СеН1206.
сахароза
глюиоза
фруитоза
Глюкоза и фруктоза имеют одинаковые
формулы, но отличаются друг от друга строе­
нием молекул. Дальнейшие превращения глюко­
зы в организме нам известны. Такова судьба и
фруктозы.
Если вас спросить, что слаще - мед или
сахар, вы, вероятно, назовете мед. А знаете,
почему он слаще сахара? Мед - это смесь
глюкозы и фруктозы, а фруктоза слаще сахара.
Углеводы на наш стол поставляет природа.
Зеленый лист растения - вот та замечательная
фабрика, которая изготовляет их. На него пада­
ет световой луч. За счет световой энергии между
водой, поступающей в лист из земли, и угле­
кислым газом, поглощаемым из воздуха, про­
исходит химическая реакция:
6СО2 + 5Н2О = С6Н10О5+602.
Образуются крахмал и кислород. Вот куда
идет углекислый газ, усваиваемый растениями,
и вот откуда берется кислород, выделяемый
растением в атмосферу.
Углекислого газа и воды вокруг нас много.
Не попытаться ли искусственно приготовить
углеводы для нашей пищи? Образование угле­
водов в листе идет под действием особого ката­
лизатора - зеленого х л о р о филл а, кото­
рый как бы ловит световой луч и его энергию
обращает в химическую. Однако в лаборатории
этот синтез так просто не идет. Все же нашем у
знаменитому химику А. М. Бутлерову удалось
(правда, другим путем) искусственно получить
сахаристое вещество. l\рах:цал вне зеленого
�08
листа пока не получили, но нет сомнения, что
и такую задачу ученые смогут решить. И тогда
реакция углекислог� газа с водой .в лаборато­
рии, а затем и. на заводе будет давать углеводы
к нашему столу.
Теперь о ж и р а х. Их известно много.
Одни из них .твердые� это:, преимущественно
жиры животные -.
баранье и свиное сало, ко ­
ровье масло. Другие - жидкие;. это в основ­
ном растительные масла. Они содержатся в се­
менах конопли,. льна, подсолнечника и т. д.
Молекулы жиров,
.
]{акимо
.
лекулы. углево­
дов, состоят Из атомов углерода, водорода
и кислорода. При гидролизе они распадаются
на молекулы глицерина и «жирных кислот».
Стеарин, из которого когда-то делали свечи, ­
это и есть смесь «жирных кислот».
Переваривание жиров в организме начинает­
ся лишь при выходе пищи из желудка в. тонкие
кишки, так как ни слюна, ни желудочный сок
на них не действуют. Под действием фермента
тонких кишок-липазы-жирыразлага­
ются водой на глицерин. и кислоты, которые
и всасываются '(ерез стенки кишечника; затем
из этих веществ в организме снова образуются
жиры. При окислении жиров в тканях вы­
деляется больше теплоты, чем при окислении
углеводов. Таким образом, жиры более кало­
рийное «топливо» для нас.
Углеводы и жиры могут частично заменять
друг друга в пище. На севере, где скудна расти­
тельность и низка температура,
.
человек потреб­
ляет преимущественно жирную пищу, а на юге,
богатом растительностью, где организму не
приходится тратить столько тепла, человек
больше питается овощами и фруктами.
Твердые животные жиры в большом коли­
честве используются в мыловарении. Откуда
же взять столько жиров? Решить эту задачу
помогла химия. Химики превращают жидкие
растительные жиры в твердые.
Оказалось, что если в жидком растительном
масле размешать мелкий порошок металла нике­
ля, а затем пропускать при нагревании водо­
род, то водород присоединяется к маслу и
образуется твердый жир. Никель служит ката­
лизатором этой реакции гидрогенизации. Одни
сорта гидрогенизированного жира используются
в производстве мыла, другие - для получения
маргарина. Сейчас мыло все больше готовят
из синтетических веществ, и в скором времени
жиры уже не будут расходоваться на непище­
вые цели.
Маргарин готовят, сильно перемешивая
смесь животных и гидрогенизированных жиров

с молоиом. Для большей полноценности и нему
добавляют витамины. Он очень хорошо усваи­
вается организмом и по питательности не усту­
пает обычным жирам.
Б е л и и - очень сложные органические
вещества. В состав их молекул, кроме атомов
углерода, водорода и иислорода, входят еще
атомы азота и других элементов. Так как белии
входят в состав всех живых клеток, то мы не­
избежно употребляем их в пищу, питаемся ли
мы растительной или животной пищей.
Однаио · г;1авными «поставщикамю> белков
Для нас служат мясо, рыба, яйца, хлеб. Бел­
ков в этих продуитах примерно: 21 % (в мясе),
1.8% (в рыбе), 13% (в сухом хлебе).
Белки --.,- это . прежде всего «строительный
:материал» тианей организма. Один ученый
сказал, что илеточки о·рганизма - это печии,
построенные из белиа, в которых горят жиры
и углеводы. Но и белии тоже подвергаются
изменениям в нашем организме. Они каи бы
«изнашиваютсю>, сгорают и требуют замены.
Беспрерывное обновление клеток организма
идет за счет белиов пищи.
Белии невозможно заменить углеводами или
жирами, каи те заменяют друг друга. При отсут­
ствии их в пище человеи начинает худеть, таи
каи расход их перестает восполняться. При
длительном белиовом голодании может насту­
пить полное истощение и смерть.
Сложные молеиулы белков под действием
ферментов-пепсина и трипсина-
в пищеварительном траите подвергаются гид­
ролизу. Получаются более простые вещества -
аминокислоты.
Они
всасываются в
:кровь, и из них уже организм строит свои соб­
ственные белии.
Посмотрим теперь, что же происходит с бел­
:ками в нашей кухонной лаборатории. Белои
яйца на с:ковороде свернулся, но он, ионечно,
сохранил свои питательные свойства. Свер­
нувшиеся .бел:ки мяса мы наблюдаем в виде
химия пищи
хлопьев на поверхности супа. Чтобы суп
имел более красивый вид, хозяйии удаляют их.
Но следует ди это делать, ведь с белиовыми
хлопьями cyn будет питательней.
Если дома при вар:ке супа хотят иметь виус­
ное мясо, посоветуйте опускать его в кипящую,
а не в холодную воду. Белии мяса при этом
свернутся и закроют выход из мяса в суп дру­
гим белкам и вкусовым веществам. Мясо ста­
нет виусным, но бульон будет не особенно
приятным. Наоборот, если. хотят получить на­
варистый бульон, то . мясо следует опусиать
в холодную воду. Белки и вкусовые вещества
мяса при этом будут переходить в бульон, и
суп будет вкусным.
Знание свойств белиов объяснит нам еще одно
явление. Когда речь шла о выпечие хлеба, не
вознии ли у вас вопрос: «Почему хлеб остается
пористым даже после того, каи углеиислый газ
улетучился из него?»
Возьмите немного муки, заверните в редень­
кую тряпочку и отмойте крахмал. На тряпочие
останется белок - клейковина. Он недаром таи
назван.вы даже на ощупь можете убедиться в его
клейкости. Теперь уже ответ ясен: клейковина
образует вокруг пузырьков углекислого га­
за прочную пленочиу, которая остается и
после того, как углекислый газ вырвется
наружу.
Есть простой способ распознавания белио ­
вых веществ по их запаху при горении. Но мы
познакомимся с более совершенным химиче­
ским способом.
Разбавьте белок куриного яйца водой, до­
бавьте раствор щелочи, затем несколько капель
раствора медного купороса и слегиа нагрейте.
Появляется фиолетовая оираска. Теперь, зн�я
эту реаицию, пускайтесь с нею в исследования
по вашей «лаборатории». Прокипятите кусочеи
мяса или возьмите немного супу и испытайте
его при помощи щелочи и медного купороса.
509

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Испытайте клейковину, кусочек рыбы. По­
кипятите со щелочью шерсть или волосы и про­
нерьте, дадут ли они фиолетовое окрашивание.
Или другой способ. Прибавьте к разбавлен­
ному водой белку несколько капель концентри­
рованной азотной кисJюты, и вы заметите белый
постепенно желтеющий осадок. Желтые пятна
на руках у тех, кто н�аккуратно обращается
с азотной кислотой, - результат реакции кис­
лоты с белками кожного покрова.
В заключение нашей экскурсии по домашней
лаборатории займемся исследованием молока.
Это - замечательное сочетание всех необходи­
мых для питания человека веществ, о которых
мы только что говорили. Недаром только одним
молоком матери питается начинающий жизнь
ребенок. В каждых 100 г молока содержится
примерно по 4 г углеводов и жиров и 5 г бел-
1юв; есть в нем и витамины.
Ногда молоко долго стоит, оно покрывается
слоем сливок. Это всплывают наверх мельчай­
шие капельки жира. С виду сливки как будто
не похожи на жир. Но если их сбить, то полу­
чится сливочное масло. Снимите сливки с мо­
лока ложечкой. Добавьте к снятому молоку
несколько капель уксуса. На ваших глазах
произойдет створаживание молока. Это свер­
тываетсябелок-казеин.
Отделите тво­
рожную массу от сыворотки и проделайте
с белком ту или иную известную вам цветную
реакцию.
Сыворотка представляет собой раствор в во­
де углевода - 11
1
олочного сахара-
и некоторого количества солей. Молочный са­
хар очень похож на обычный и легко усваива­
ется молодым организмом. Именно молочный
сахар, а не крахмал представляет здесь 1шасс
углеводов.
Скисание молока часто происходит без до­
бавки уксуса, под действием образующейся
в самом молоке нис.rюты. В воздухе всегда но­
сятся так называемые молочнонислые бакте­
рии. Попадая в молоно, эти бактерии вызывают
брожение молочного сахара. При этом образу­
ется молочная кислота, под �ей­
ствием которой и свертывается казеин.
"·
"
,
,
..
..
.
... ,
Если молоко долго стояло и вы боитесь,
что оно может свернуться при кипячении,
добавьте в него немножко питьевой соды.
Она нейтрализует кислоту, и молоко можно
безбоязненно кипятить.
Теперь, когда вы сядете за обед или завтрак ,
можете о многом поразмыслить. Подумайте,
из чего приготовлено каждое ваше блюдо, и
представьте себе всю цепь химичес1<их пре­
вращений потребляемых вами веществ .
•

БЕСЕДА О САМОМ НЕОБЫКНОВЕННОМ В МИРЕ ВЕЩЕСТВЕ
ЧТО ТАКОЕ ВОД А?
Такой вопрос может показаться не тол ько стран­
ным , но и немного невежливым. Ито же этого может
не знать? Всякий знает , что вода - зто соединение
водорода и кислорода . Вот ее всем известная формула:
С водой очень хорошо знаком каждый, кто привык
умываться по утрам , пьет чай, умеет плавать, любит
бегать под дождем , не боясь промокнуть, кататься
на коньках и ходить на лыжах.
Скоо1
1
ько сущеетв �'ет разо1
1
нчных
водородов ?
В природе существ уют три различных водорода -
три его изотопа . Самый легкий - Н 1 . Химики его часто
называют протием . Водород в обычной воде почти
нацело состоит из протия. Н:роме него , во всякой воде
есть тяжелый водород - дейтерий Н 2 , его чаще в хи­
мии обозначают символом D. Дейтерия в воде очень
мало . На каждые 6700 атомов протия в среднем
приходится только один атом дейтерия . Н:роме про­
тия и дейтерия , существует еще сверхтяжелый водо­
род Н3 • Его обычно называют тритием и обозначают
символом Т. Тритий радиоа ктивен , период его полурас­
пада немного больше 1 2 лет. Он непрерывно образуется
в стратосфере под действием космического излучения .
Количество трития на нашей Земле исчезающе мало­
меньше одного килограмма на всем земном шаре; но ,
несмотря на зто , его м ожно обнаружить повсюду, в лю­
бой капле воды . Физики научились получать тритий
искусственно в ядерных реакторах.
Недавно ученые за подо зрили, что возможно суще­
ствование четвертого изотопа водорода - Н4 и даже
пятого - Н5. Они тоже должны быть радиоактивными .
Ско"1ько 11 а свете инсо1
1
ородов ?
В природе найдены три различных изотопа кисло­
рода . Больше всего легкого кислорода 016, значител ьно
С водой хорошо знаком
каждый нз вас.
меньше тяжелого 018 и совсем мало кисJ10рода 011,
В кислороде воздуха , которым мы дышим , на каждые
десять атомов 0 1 7 приходится 55 атомов 01в и более
2 6 ООО атомов изото па кислорода 016.
Физики сумели создать в своих ускорителях и
реакторах еще четыре радиоактивных изото па 1ш сло­
рода : 014, 01•, 019 и 02°. Все они живут очень недолго
и через нескол ько минут распадаются .
Ско.1ыtо иожет быть разо1
1
ич11ых вод ?
Если подсчитать все возможные различные сое­
динения с общей формулой Н20 , то результат пока­
жется неожнданным : всего могут существовать сорок
две разных воды . Из них трид[\ать три воды будут
радиоактивными, но и стабильных , устойчивых вод бу­
дет тоже н емало - девять:
н201в , н2011 , н201в , HDQI6, HD011 ,
HD01s ' D201в' D2011 ' D201s.
Если же подтвердится сообщение о том , что суще­
ствуют еще два сверхтяжелых изотопа водорода - .Н4
и Н5, то будут возможны уже сто пять различных типов
молекул воды .
Подсчитайте сами , скол ько различных вод , моле­
кулы которых содержат тритий, могут образовываться
на границе с космосом и постепенно вместе с дождям1:1
выпадать на землю. Попробуйте сосчитать также,
сколько различных радиоактив ных вод возникает в
воде , охлаждающей атомный реактор.
Где бы в мире ни зачерпнуть стакан воды, в 1н:м
всегда окажется смесь различных молекуJI, неодина­
ковых по изото пному составу. Конечно , вероятность
образования молекул с разным изотопным составом
далеко не одинакова . Молекулы, содержащие сразу
два или три редко встречающихся изотош1ых атома ,
будут возникать так редко и их будет так ма ло, что ,
по мнению физиков , их uока можно не принимать
во внимание .
·
Что же такое обык11ове1шаи вода ?
Такой воды в мире нет . Нигде нет обыкновенной
воды . О на всегда необыкновенная . Даже по изото пному

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
составу вода в природе всегда различна . Он зависит
от истории воды - от того , что с ней происходило
в бесконечном многообразии ее круговорота в природе .
При испарении вода обогащается протием , и вода
дождя поэтому отлична от воды озера . Вода реки
не похожа на морскую воду. В закрытых озерах вода
содержит больше дейтерия , чем вода горных ручьев .
В каждом источнике свой изотопный состав воды .
Когда зимой замерзает вода в озере , никто из тех ,
кто катается на коньках , и не подозревает , что изотоп­
ный состав льда изменился : в нем уменьшилось содер­
жание тяжелого водорода , но зато повысилось количе­
ство тяжелого кислорода . Поэтому вода из растаяв­
шего льда уже другая и отличается от той воды , из ко­
торой лед был получен .
Если воду разложить химически 11 сжечь добытый
из нее водород , то получится снова вода , но совсем
другая, потому что в воздухе изото пный состав кисло­
рода отличается от среднего изотопного состава кисло­
рода воды . Но зато , в отличие от воды , изотопный со­
став воздуха один и тот же на всем земном шаре.
Вода в природе не имеет постоянного и:ютопного
состава, она вечно меня ется , и только поэтому нель­
з я сказать, что где-то есть какая-то обыкновенная вода .
Что такое .�а:еrкая вода ?
Это та самая вода , формулу которой знают все
школьники - н 12 0 1в. Но такой воды в природе нет.
Такую воду с огромным трудом приготовили ученые.
Она им понадобилась для точного измерения свойств
в оды , и в первую очередь для измерения ее плотности .
Пока такая вода существует только в нескол ьких круп­
нейших лабораториях мира , где изучают свойства раз­
личных изотопных соединений.
Что такое тяже.�а:ая вода ?
И этой воды в природе нет . Строго говоря, нужно
было бы называть тяжелой воду, состоящую только
из одних тяжелых изотопов водорода и кислорода -
Тяже.1
1
ая вода кипит при бо.1
1
ее высокой температуре,
чем обычная вода.
. ..и
аамерзаст п ри бо.1
1
ее высокой температуре.
D 20 1s; но такой воды нет даже и в лабораториях уче­
ных. Пока она еще никому не нужна и незачем ее гото­
вить. Конечно , если эта вода п онадобится науке илп
технике , ученые сумеют найти способ, как ее получить:
и дейтерия , и тяжелого кислорода в природной воде
скол ько угодно .
В науке и ядерной технике принято условно назы­
вать тяжелой водой тяжеловодородную воду. Она со­
держит только дейтерий , в ней совсем нет обычного
легкого изото па водорода . Изотопный состав по кисло­
роду в этой воде соотв етствует обычно составу кисло­
рода воздуха .
Е ще совсем недавно никто в мире и не подозревал,
что такая вода существ ует , а тепер ь во многих ст ранах
мира работают гигантские заводы , перерабатывающие
м иллионы тонн воды , чтобы извлечь из нее дейтерий
и получить чистую тяжелую воду.
Тяже.1ая вода потому и тяже.1
1
ая; что тяже.1
1
ее обычной. Ее
П.l
l
ОТНОСТЬ 1, 10 ,.
Бывает .�а:н по.�а:утяже.�а:ая вода ?
Полутяжелой водой можно назвать воду со сме­
ш анными молекулами состава HDO. Она есть во вся­
кой природной воде , но получить ее в чистом виде
невозможно, потому что в воде всегда протекают реак­
ции изотопного обмена . Атомы изотопов водорода очен ь
подвижны и непрерывно переходят из одной молекулы
воды в другую. Приготовить воду, средний соста в
которой будет соответствовать формуле полутяжелой
воды , нетрудно. Но благодаря реакции обмена
2HDO�Н20+D20
она будет представлять собой смесь молекул с разным
изотопным составом: Н 20 , HDO, D20.

.6
5
9
о
ВЕВЕДО�ОЕ РЯДОМ
RAПJI.Я ВОДЫ,
УПАВШАЯ В ВОДУ
Это изящное в заrадочвое явлевве каждый
иа вас может увидеть сам. Для этоrо нужно
очень осторожно уронить подкраmеввую кап­
лю с высоты 1-2 см в прозрачную банку с
водой , которая перед опытом простояла не ­
сколько Часов вдаJJВ от иеточввков тепла , и в
вей прекратилось конвекционное дви жевв е .
'
На этих ': фотоrрафиях, сделаввых специально
;n;ля Детской энциклопедии , показано, что про- .
всходит с капJJей . Капля (1 ), упав с кончика
пипетки в воду, превращается в впхревое коль­
цо (2) . Оно расmвряетс я, JI в нем возникают
уrощцеввя (3) . Постепенно они развиваются
во вторичные вихревые колечки (4, 5, 6) . Про -
·
цеес повторяется ,и число колечек быстро рас ­
тет (7, 8, 9, 10). В такую сложную систему
вихревых потоков капля превращается всеrо
за несколько 11Инут.
В правом ряду фотоrрафий процесс свят свер­
ху, в левом - сбоку. Это удивительное явление
еще почти вевавество в веизучево. Может быть,
кто-либо из читателей исследует ero и откроет
законы, которые им управляют? Кто авает, к
каким последствиям это приведет в будущем .
/
оз
6

4
6
v
7
о
ТАК JI ЬЕТС.Я ВОДА
11
3
5
На этих снимках сфотоrрафировав конец очень тонкой водяной струи. На поверхности
струйки возникают волвообраавые упругие колебания (1). Овв )·силиваются , в обра ­
зуется тонкая перетяжка (2), оиа разрывается. Утощевие струи (З) , находившееся
перед · перетяжкой , превращается в каплю (4) , а то, что было перетяжкой, от
т
ягивает·
ся (5) и становится малевысой капелькой (6). Она ваавава <сшарвком Плато>• по имени
бельгвiiскоrо фвавка. Плато был слепыи , во тем ве мевоо ов сумел предскааать существова­
ние этоii капельки aaдonro до того, как ученые смогли оо рассмотреть.
Под действием поверхвос.твого ватяжеввя капля колеблется. Ова то вытягивается (7) , то,
снова расширяясь, сплющивается (8) . Ее колебавия хорошо ваучевы. Овв в свое вреии по­
могли физикам разгадать тайну распада атомного ядра.
Распад струи жидкости ва капли имеет очень большое авачевие для техники , поэтому
его тщательно изучают. Мехаввзм обрааоваввя капель влияет ва эффективность использования
горючего при впрыскивании ero в двигатель внутреввего сгорания. Теи самым от распада
струи зависит и мощность двигателя.
Снимки сделаны выдержкой в одну 11илnвоввую долю секунды. Ови увеuчевы в 10 раа.

БЕСЕД А О САМОМ НЕОБЫКНОВЕННОМ В МИРЕ ВЕЩЕСТВЕ
Что такое (<11у.1
1:
евая·� вода ?
Нулевая вода со стоит из чистого легкого водорода
и кис;юрода воздуха . Эту воду физико-химики выбрали
в качестве эталона: у нее очень постоянный состав.
Ее не так уж трудно пол учать, и с ней удобно сравни­
вать воду неизвестного состава : определив разницу
в плотности , легко найти содержание дейтерия.
А мо2нет быть, есть еще
1t nкая -11н6удь вода?
Кроме всех перечисленных вод, еще существует
тяжелокислородная вода - Н 2 0 18• Получать ее из при­
родной воды оче111, сложно и трудно . До сих пор эту
воду в чистом виде еще , пожалуй, ни кто не сумел
пр11готов11т ь.
Тяжелок11слород11ая вода очень нужна для иссле­
дования многих биологических и химических процес­
сов, поэтому довол ьно концентрированные растворы
этой воды в воде обычной получают теперь на заводах.
А ра1-.,ноантнв11ая вода существует ?
Да. Физики научились получать тритиев ую воду
искусственным путем в атомных реакторах. Из-за
сил ьной радиоактивности эта вода очень опасна. Пока
такая вода н ужна тол ько ученым.
Бо"'lьше 11ет 11н на1tнх вод ?
Бол ьше нет. Просто потому, что все остальные воз­
можные воды пока еще никому не нужны . Если пона­
добятся и они, то , без сомнения , на ука найдет способ
получать любую из них.
1"111ого .1
1:
н раа11ых вод содериtнтся
в воде?
В какой воде? В той, что льется из водо1�ровод­
ного крана , куда она пришла из реки, тяжелои воды
D 20 16 около 150 г на тонну, а тяжелокислородной
(Н20 17 и Н2018 вместе) почти 1800 г па тонну воды.
А в воде из Тихого океана тяжелой воды почти 165 г на
то нну.
В тонне льда одного из бол ьших ледников Кавказа
тяжелой воды на 7 г больше, чем в речной воде ,
а тяже,1окислородной воды столько же. Но зато в воде
руче йков, бегущих по этому леднику, D20 1 6 оказалось
меньшена7г,аН2018-на23гбольше,чемвреч­
ной.
Тритиевая вода Т20 16 выпадает иа землю вместе
с осадками, но ее очень мало-всего лишь 1 г на мил­
лион �ш ллионов тонн дождевой воды. В океаиской
воде ее еще мен ьше .
Строго говоря, вода всегда и всюду разная. Даже
в снеге , выпадающем в разные дни, разный изотопный
соста в. Конечно , отличие нев елико . Всего 1-2 г на
тонну. Тол 1,ко , пожалуй. очею, трудно сказать - мало
ЭТО ll.1И МНОГО.
о33д.э.т.з
Вчеижерао.1
1:
нчне между .1
1:
егноll,
прнродноll и тяже.1
1:
01 водоll ?
Ответ па этот вопрос будет зависеть от того , кому
он задан . Каждый из нас не сомневается , что с водо й-то
он знаком хорошо . Если каждому из нас показать три
стакана с обычной, тяжелой: и легкой водой, то кажды й
из нас даст совершенно четкий и определенный ответ :
во всех трех сосудах простая чистая вода . Она одина­
ково прозрачна и бесцветна . Ни на вкус, ни на запах
нел ьзя найти между ними никакой разницы . И зто
будет верно . Это все - вода .
Химик на этот вопрос ответит почти так ж е: между
ними нет почти никакой разницы. Все их химические
свойства по чти неразличимы: в каждой из этих вод
натрий будет о динаково выделять водород, каждая
из них при электролизе будет одинаково ра:шагаться,
все их химические свойства будут почти совпадат 1. .
Это и понятно : ведь химический состав у них один<1 -
ков. Это вода .
Физик не согласитс я. Он укажет на заметную раа­
ницу в их физических свойствах: и кипят и замерзают
они при различных температурах, плотност ь у них
разная, а упругость их пара тоже немного различна .
Правда , все эти различия малы. Изменения в изото н­
ном соста ве очень мало влияют па физические свойства
вещества .
Биолог, пожалуй , встанет в тушш и не сразу сумеет
найти ответ. Ему нужно б удет над вопросом о разли­
чии между водой с разным изотопным составом еще
немало поработать. Еще совсем недавно все считал и,
что в тяжелой воде живые существа не могут жить.
Ее даже мертвой водой называли. Но ока3алось, что
если очень медленно , осторожно и постепенно заменят�,
протий в воде , где живут некоторые микроорганизмы ,
на дейтерий, то м ожно их приучит ь к тяжелой воде
и они будут в ней неплохо жить и развиваться , по обыч­
ная вода ста нет для них вредной.
Человечеств у! Оно уже стоит у порога , за кото рым
ждет его страшная угроза энергетического голода .
И ,вся надежда связана с тем , что будет решена проб­
л ема , как использовать для энергетики тяжелую воду .
Звч е11 н�·ж11а тявсе.1
1:
ая вода теперь?
Псе, что мы до сих пор го ворили , касалось тех
свойств, которые зависят от строения атомов, от их
порядкового номера , от числа и расноложения элект­
рических зарядов в атомных яд рах и электронов в мо­
лекуле. Тол ько это 11 определяет химическое поведен ие
вещества. Строение моле1tулы не зав11с11т от массы атом­
ного ядра . Поэтому одинаковые молекулы с ра:шьш
изотош1ым составом химически почти неразличимы .
Но сходство в свойствах изотопных соединений
прекращается , когда вопрос касается кинетичес1шх
11 ядерных характеристик. Молекула , содержаща я
тяжелый изотопный атом, при той же температуре
движется с меньшей скоростью, при столкновении т<1-
ких частиц иначе протекает обмен кинетической энер­
гией. А самое главное-это то , что изменяется способ­
ность вступать в ядерные превращения.
013

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Вот эти·то свойства резко отличают тяжелую воду:
от любой другой воды с иным изотопным составом:
ведь в ее состав входит тяжелый водород. В наши дни
тяжедая вода успешно применя ется в атомной энерге­
тике для замед,1ения нейтронов в ядерных реакт орах.
Роль замедлитедя в атомном котле очен ь важна.
Ногда ядро урана-235 распадается на два атомных яд­
ра-осколка , из него одновременно вылетают два или
три нейтрона . Скорость их огромна , она превышает
20 ООО км / се к. Эти быстрые нейтроны не могут сами
вызвать новый распад в других атомах урана. Они
пролетят мимо ни'х с такой быстротой, что просто не
успеют прореагировать. Нейтроны нужно замедлить
примерно до 2,2 к.ч / се к, так, чтобы они пришJiи в рав-
1 ювесие с тепдовым движением окружающих модекуд.
П ри этом энергия нейтронов до.1жна уменьшиться
почти в 60 мдн. раз. ДаJiеко не всякое вещество при­
годно в качеств е замедлителя. Выбор очень огранич ен.
Во-первых, оно не должно поглощать нейтроны , всту­
пая само в ядерные реакции, а во-вторых, оно доджно
состоять обязатеJiьно из легких эJiементов с ма;1ыми
массовым11 числами. П ри соуда рении с тяжедым ядром
скорость нейтрона почти не изменяется, точно так же
как почти не изменяется скорость мяча , отскакиваю·щег о
при уда ре о стенку.
Самым лучшим замедлителем мог бы быть легкий
водород, но он заметно по глощает нейтроны . Тяже.!JЫЙ
водород их почти не поглощает. Нейтрон у, попавшему
в тяжеJiую воду, достаточно всего 25 раз стол кнуться
с тяжедым водородом, чтобы потерять свою высокую
энергию и приобрести способность взаимодействовать
с ураном . Неплохой замедJiител ь - углерод в форме
графита , но нейтрону в нем приходится испытывать
oкoJio 110 столюювений, чтобы утратить начальную
скорость.
Использова1111е тяжелой воды в качестве замедJiи­
тедя по:�воJiяет конструкто рам создавать очен ь эффек­
тивные, а главное, :1егкие и компактные атомные энер­
гетич еские установки, особенно для их применения
на транспорте .
�J ач ем еще и�·2кна тяжео1
1
ая вода ?
Чтобы исследовать механизм многих химических ,
физических и биоJiогических процессов. Это , конечно ,
скромное , но очен ь важное применение тяжелой воды .
Наверное , нет ни одного природного· процесса , в кото­
ром не принимала бы участия вода или водо род. Атомы
тяжелого водорода наиболее важные меченые атомы .
Их, как разведчиков в бой, направляют химики в ис­
следуемые реакции , чтобы проследить за ее ходом.
В н аши дни уже возникла и быстро развивается само­
стоятельная область науки - химия изотопного обме­
на. Наиболее важная ее задача - изучать с помощью
дейтерия механизм химических реакций при получе­
нии органических соединений и исследовать их строе­
ние.
Почему же чео1
1
овечеству будет нужна
ние11но тпжео1
1
ая вода ?
Чтобы ответить на этот вопрос, нельзя обойтись
без самого замечательного языка - без языка цифр
и формул . Он понятен всем по-настоящему грамотным
людям, в какой бы стране они ни жили и на каком бы
языке н и разговаривали. Для химиков теперь очень
точно измерены массы всех изото пных атомов . Вот
некоторые значения этих масс:
Протий 1н1
Дейтерий 1 D 2
Тритий 1 тз
М=1 ,007 825
М=2,014 102
М=3,016 049
Физики сумели установить возможность ядерных
реакций между легкими атомами, в том числе возмож­
ность реакций между атомами дейтерия:
�D2+1D2 =1н 1+1тэ.
Н такой реакции неприменим закон сохранения
веса , каким представляла его ста рая химия: в резу.1ь­
тате реакции получается недостача:
2·2,014 102-1 ,007 825-3,016 049 =0,004 330 г.
Это немалая недостача , она означает , что если бы уда­
лось найти условия, при которых может протекать
реакция между дв умя грамм-атомами тяжелого водоро­
да , то , согласно уравнению Эйнштей на Е = д т-с2 ,
можно было бы пол учить энергию :
0,00433 ·(3,0·10I0)2=3,9·10 18 эрг = 3 ,9 ·1011 дж.
Это немалая энергия. В наше время ,чтобы пол у­
чить такую энергию, приходится сжигать в топках
котлов iш много ни мало 13,5 т первосортного угля.
А ведь его еще нужно добыть из шахт и доставить
из- под земли к топке.
Между тем в соотв етствии с уравнением ядерной
реакции такую энергию можно получить при затрате
всего лишь двух грамм-атомов дейтерия , которые со­
держатся в одной грамм-мо лекуле тяжелой воды . А тя­
желая вода есть в любой природной воде. Следовател ь­
но , простой воды потребуется : 6700 · 18= 120 600 г,
или 120 л. Значит , из одного литра обычной воды
можно добыть больше энерг1ш , чем можно получить
ее из ста килограммов высококачеств енного угля.
А запасы воды на нашей Земле неисчерпаем ы.
Что же мешает пое;1�·чать д11е1)гню
иа воды ?
Такая возможность пока что кажется фантастиче­
ской , но она вполне реальна . На пути к ее осуществ­
лению наука уже преодолела немало трудностей. Уже
решена сложнейшая проблема , как извлекать тяжел ую
воду из природной. Теоретически уже исследо ваны
11 рассчитаны условия , при кото рых возможны ядерные
реакции между легкими атомами .
Но, к сожал ению , исследо ватели встретили много
трудностей. Насколько они сер ьезны , может показать
прямой расчет: чтобы два атома могли вступить в ядер­
ную реакцию, их ядра должны столкнуться , т. е. сбJiи­
зиться до расстояния , начиная с которого межъядерные
силы уже могут преодол еть электростати ческое отт ал­
кивание - примерно до 10-12 см .
Но ядра атомов защищены , как броней, сво11ми
электронными оболочками . Эти оболочю1 простира­
ются на расстояние в десятки тысяч раз большее .
А самое главное - ядра заряжены и отталкиваются
друг от друга , как и все одноименно заряженные тела .
Энергию , необходимую для того , чтобы преодолеть их
взаимное отталкивание, рассчитать нетрудно . Из за­
кона Кулон а следует, что потенциальная энергия двух
ядер , сблизившихся н а расстояние 10-12 см , должна
быть равна :
Z1
·Z2 (4,8·10-10)2
=2,3· 10-7 ·Z1 ·Z2 эрг ,
10-12

БЕСЕДА О САМОМ НЕОБЫКНОВЕННОМ В МИРЕ ВЕЩЕСТВI�
если между собой сташщваются элементы с атомными
н омерами Z1 и Z2•
Конечно, мир атомных величин не очень привычен
и нагляден , и трудно сразу представить себе, какова
же эта энергия - мала или пе очень мала. Но легко
сообразить, с какой скоростью должны сталкиваться
атомы , чтобы преодолеть потенциальную энергию элект­
ростати•1еского оттаJ1киuаuия . Они должны обладать
не мен ьшей ки11етичес1юй энергией или по крайней
мере равной . Следовател ьно , можно написать:
1
Т mv2= 2,3.10-7
.
z1.z2 эрг,
массу одного атома можно найти И3 атомного веса , зная ,
ско.1ько атомов содержится в грамм-атоме:
А
т
=
6,02 · 1023 .
Можно найти и скорость, с которой должны столк­
нуться атомы , чтобы могла начаться ядерная реакция ;
V=5,3·108уz1/2 •
У дейтерия атомный номер Z = 1. Масса изотопа
А=2, следовательно , скорость атомов до;1жна быть
равна : V =3,8-108 см в секунду, или 3800 км /сек. При
обычной температуре физикам известна средняя ско­
рость теплового движения у атомов дейтерия , она равна
всего лишь 1,9 км /сек. При комнатной температуре -
293°К-кинетическая энергия молекул возрастает про­
порционально абсолютной температуре, или, что то же
самое, пропорционал ьно квадрату скорости . Следова­
тел ыю, чтобы средняя скорость молекул дейтерия была
достаточной для реакции между ядрами , нужно на­
греть тяжелый водород до температуры:
38002
Т=293·
1,92 = 1,1·109 градусов .
Итак, сталкиват ься и реагировать между собой могут
то.1ько ядра дейтерия, «нагретые >) до температуры
свыше миллиарда градусов. Вот в этом-то и заклю­
чается до вольно серьезное затруднение для подлинных
героев наук11 - физиков, посвятивших свою жизнь
труднейшей и величественнейшей из проблем - стрем­
лению обеспечить энергией будущие поноления .
Быть иожет, тJ1жео1
1
ую воду
иож110 че11-н11f5удь заменить ?
Ничем . Тяжелая вода как источник тяжелого водо­
рода для термоядерных реакций с цел ью получения
энер гии , по-видимому, незаменима . Это следует из того ,
что 11еобход1шая для начала реакции температура
очен ь сильно возрастает по мере . увеличения атомного
номера элемента . В самом деле, попробуйте сами под­
считать, какой температуре будет соответствовать ки­
нети ческая энер.гия частиц, способных преодо.1еть
электростатическое отталкивание ядер атомов бериллия
или кремния . Часть дейтерия можно заменить на три­
тий , но это го изотопа в природе почти нет.
Не�·ше.1 11 же ато все-таки возиож110 ?
Очень трудно , но возможно . Во-первых, природа
и физика идут н австречу исследователям: чтобы нача­
лась реакция , не нужно , чтобы весь rаз был нагрет
до такой немыслимо чудовищной температуры . Доста­
точно , если отдельные атомы будут обладать в нем
столь высокой энергией.
33•
Во всяком газе при любой температуре есть час­
тицы с разными скоростями, от очень малых до очен ь
больших . Благодаря этому реакция между атомами
дейтерия будет идти с достаточной скоростью даже и
при температуре, в несколько раз меньшей , чем 10�
градусов . Это намного облегчает задачу.
Кроме того , существ ует так называемый туннель­
н ый эффект , благодаря которому всегда есть некоторая
вероятность , что реакция между ядрами все же может
произойти , даже если их кинетическая энергия будет
нескол ько ниже , чем необходимо для преодоления
электростатического отталкивания.
Поэтому для начала термоядерного процесса между
ядрами тяжелого водорода оказывается вполне доста­
точной температура всего тол ько в тр иста милл11онов
градусов (!). Если же вести реакцию между дейтерием
и тритием , то будет достаточно и сорока м11лш1онов
градусов .
Как же ато fJy дет сде.1ано ?
Это уже сдел ано . Физики уже осуществили реак­
цию термоядерного взрыва , в которой температура ,
необходимая для начала ядерного синтеза более тяже­
лых элементов из легких ядер , достигается в3рыuом
атомного заряда - запалом.
Но очень, очень много осталось еще сдел ать. Ведь
нужен человечеств у не взрыв , а управляемая реакцня­
источник энергии для промышленности , для транснор­
та , для всего , что будет необходимо обществу будущего .
Нужна термоядерная «топка» - топка с температурой
в сотни миллионов градусов .
Можно быть уверенным , что эта еще более фанта­
стическая задача будет решена . Физики в нашей стране
первыми нашли поистине совершенно удивител ьный
путь к созданию термоядерного реакт ора . Они дока­
зали, что такая «то пка» возможна , хотя в нрпроде нет
и не может быть материала, способного выдержать
такую температуру. Молекулы любого вещества, атомы
любого элемента при таком немыслимо чудо вищном
«Жаре� полностью разрушаются и теряют все сuои
электроны . Все вещества полностью пренращак)тся
в плазму - газ, состоящ{1й не из молекул 11 даже не
113 атомов, а из свобо;цных атомных ядер и свободных
электронов. И несмотря на эту, казалось бы , полную
принципиальную нево3можность решения , наши ученые
нашли путь , как со3дать такую топку для термоядерно­
г о реактора. Они до 11а зали , что ее стенками могут сл у­
жить мощные электромагнитные поля . Неощутимые,
невидимые, прозрачные, они будут непроницаемы для
ядер тяжелого водорода и для любых других элемен­
тов даже при ста , а может быть, и бол ьше миллионов
градусов .
На скоо1
1
ько вреиенн хватит
чео1
1
овечеству а11ергии, скрытой в воде ?
Не м енее чем на миллиард лет.
СВОЙСТВА ВОДЫ
ll очеиу вода- вода ?
Этот вопрос совсем не так неразумен , как это
может показаться. В самом деле, разве вода - это
только та бесщв етная жидкость, что налита в стакан?

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Океан, покрывающий почти всю нашу планету,
всю нашу чудесную Землю, в котором миллионы лет
назад зародилась жизнь,- это вода . Тучи , облака,
туманы , несущие влагу всему живому на земной поверх­
ности ,- это ведь тоже вода . Бескрайние ледяные пу­
стыю1 полярных областей , снеговые покровы , засти­
ла ющие почти Половину планеты ,- и это вода .
Прекрасно , невоспроизводимо бесконечное много­
образие красок солнечного заката , его золотых и багря­
ных переливов ; торжеств енны и нежны краски небо­
свода при восходе солнца . Эта обычная и всегда необык­
новенная симфоюш цвета обязана рассеянию и погло­
щен ию солнечного спектра водяными парами в атмос­
фере . Этот великий художник природы - вода .
Горные цепи сложены гигантскими толщами сотен
различных горных пород , и геологи знают , что бол ь­
ш ю1 ство из них созданы величайшим строителем при­
роды - вод ой. Непрерывно изменяется обJIИК Земли.
На месте, где возвышались высочайшие горы , рассти­
лаются бескрайние равнины , их создает великий пре­
обра:ювател ь - вода .
Безгранично многообразие жизни . Она всюду J!a
нашей планете . Но жизн ь есть только там , где ест ь
вода . Нет живого существа, если нет воды .
Почему же одно из бесчисленных химических сое­
динений с простой п ничем не цримечател ьной форму­
лоii, состоящее из двух обы'lных для мироздания эле­
ментов, молекула которого состоит всего из трех ато­
мов ,- простая ою1с ь водорода , самая обычная вода ,
занимает столь особое место в жизни природы? Чем
объясняется такая иснлючител ьная роль воды?
Среди необозримого множества веществ вода с ее
физико-химическими свойствами занимает совершенно
()СОбое, искл ючител ьное место . И это надо понимать
·буквально . Почти все физико-химические свойства
воды - исключение в природе . Она действительно
...........
."..@
..".·.·: · ··
...� .
.
.
..·.·...
...
:·.с;
;;
.::..�::
.
:
.
.-..��
. :·.
.·r:-
hра вивьное .кристаллическое строение льда выражается в изу­
мительн ом изяществе сн ежинок.
самое удивител ьное вещество на свете . Она удиви­
тел ьна не только многообразием изотопных форм моле­
кулы и не только надеждами, которые связаны с ней
как с неиссякаемым источником энергии будущего .
Она удивител ьна своими самыми обычными свойствами .
П ростое химическое соединение с простейшей форму­
лой Н 20 заняло особое место на нашей чудесной пла­
нете благода ря изумител ьному сочетанию необыча:й­
ных свойств .
Ra1c построе11а ио"1екуо1
1
а воды?
Как построена одна молекула воды , теперь изве­
стно очень точно . Она построена вот так:
Хорошо изучено и измерено взаимное расположение
ядер атомов водорода и кислорода и расстоя ние между;
ними . Оказалось, что молекула воды нелинейна. Вме­
сте с электронными оболочками атомов молекулу воды ,
если на нее . взглянуть «сбоку» , можно бы.10 бы изобра­
зить вот так:
а если взглянуть «сперху» - со стороны атома кисло­
рода, то так :
т. е . геометрически взаимное рас1юложение зарядов
в молекуле воды можно изобразить в виде простого
тетраэдра.
Такое строение ведет к возникновению необычайно
сильного взаимного притяжения молекул воды друг
к другу: каждая молекула воды может образовать че­
тыре оди накопые водородные связи с другими моле­
кулами воды .
Все молекулы воды с любым изотопным составом
построены совершенно одинаково.

БЕСЕДА О САМОМ НЕОБЫКНОВЕННОМ В М ИРЕ ВЕЩЕСТВЕ
�­
+�+
Полож ител ьные заряды в молекуле воды связаны с атомами
водорода. Отрицател ьные заряды - это валентные электроны
кислорода. Их взаимное расположение в моле1(уле воды можно
изобраз11ть в виде простого тетра<>цра.
Никаких особых молекул льда нет . Молекулы
воды благода ря своему замечател ьному строению сое­
динены в куске л1,да друг с другом так, что каждая
из них свя зана и окружена четыр ьмя другими молеку­
лами . Это приводит к во;шикновению очень рыхлой
ст руктуры льда , в кото рой остается оче11 1. много сво­
бодного объема . Правильное кристаллическое строение
льда выражается в изумительном и;тществе снежинок
и в красоте морозных узоров на аамерзших оконных
стеклах.
R"""lf - ехРм ати•1еское расположсн11с атомных ядер водорода
11 к11слорода в молекулах ноды , образовавш 11х кристалл11ческую
рРшетку льда. Rве11х 11 - молекулы воды , образовавш�1е ледя­
ной кристалл с сохраие1111ем масштабов электронных обо.1очек.
Обратите внимание на рыхлую структуру льда.
Как 11остроены мо.11с11 ,· е1
1
ы воды
о воде?
К сожалению, :�тот очен ь нажный вопрос изучен
далеко не достаточно . Строение молекул в жидкой
\JОДе очен ь слож но . Когда лед нланится , его сетчатая
структура частично со храняется в образующейся воде .
Молекулы в талой воде состоят из многих простых
молекул - из агрегатов, сохраняющих свойства льда .
При повышении температуры часть их распадается ,
их размеры становятся мен ьше .
Взаимное притяжение ведет к том у, что средняя
велич1ша с ложной молекулы воды в жидкой воде ;11
1
а­
чител ьно превышает размеры одной молекулы воды .
Такое необычайное молекулярное строение воды обус­
ловливает ее необыча йные фиаико-химические свойства.
llpи кано А темп ерат!ре вода до.он на
КИIН�ТЬ ?
Этот вопрос, конечно , ст ранен . Ведь вода кшшт
при ста градусах. Это знает каждый. Бол ьше того , всем
иавест но, что именно температура ю1 11е1шя воды нри
да вле нии в одн у атмосферу и выбра 11а 11 качестве
онорной точки тем пературной шкалы, ус1ювно обоз­
наченной 100°Ц.
Однако вопрос поста влен иначе: при какой тем­
пературе вода должна кипеть? llедь тем нературы ю1 11е­
н 11я различных веществ не случайны. Они аависят
от положения элементов , входящих в состав их моле­
кул , в периодической системе Менделеева.
Чем меньше атомный номер элемента, чем мен ьше
его атомный нес, тем ниже температура ки11е1111я его
соединений . Вода по химическому соста ву может Gыть
названа гидридом кислорода . Н2Те, H2Se и H2S - хи­
мические аналоги воды . Если 11роследит ь за тем11ера­
тура�пr их кипения и со но ста вить, как наменя ются
температуры юшення гидридов в других груш1ах
периодической системы , то можно довол ьно точн о онре­
делить температуру кипения J1 юбоrо гидрида , так же
как и любого другого соедпнепия. Сам Ме11де:�еев
таким способом предсказал свойства химических сое­
ди11 ений еще не открытых элементов.
Если же определить тем11ературу юш епия гидрида
кислорода но 1юJ1оже11 ию его в периодпческой таблице,
то окажется , что вода должна юшеть 11ри 80' ниже
нуля. Следовател ьно , вода кипит приблизител1,1ю на
сто восемьдесят градусов ·выше , чем должна юш ет ь.
Температура кипения воды - это на пболее обычное ее
свойство - оказывается необычайным и удивител ы1ым .
Попробуйте теперь предста вит�, себе, что наша
вода потеряла вдруг способность образовывать слож­
ные, ассоциированные молекуды. Тогда она , вероятно,
должна была бы юш еть при той температуре, какая
ей положена в соответствии с периодическим за1юпом.
Что бы тогда стало на нашей Земле? Океаны в11е;�ан110
закипят. На Земле не останется ни одной капли н<щы,
а на небе никогда не сможет бол ьше пояш�т ы·я
ни одного облачка ... Ведь в атмосфере аемного шара
температура нигде не падает ниже минус 80° -
минус 90°Ц .
ll1н1 какой те:t1пер ат уре вода за�t1ераает?
Не правда ли, вопрос не менее странен , чем 11ре·
дыду щий? Ну кто же не знает, что вода замерзает нри
нуле градусо в? Это вторая опорная точка термометра.
Это самое обычное свойство воды . Но ведь и в этом слу­
чае можно спросить, при какой тем нературе нода
должна замерзать в соотв етств ии со своей химпческой
природой. Оказывается , гидрид кислорода па осно­
вании его положения в таблице Менделеева должен
был бы затвердев ать при ста градусах ниже нуля.
517

;fN
$ ГРУППА
6
2
12 01
3Si�---
А
..с �·�
--11-
,
-,"2,,.
в
."
о
._
9
_
�4�G=e ..
..
�--
-
-
-
.,
�
72, SЗ
50
sSn�--
- --�.
о
- 1оо·ц
- 75°Ц
518
VI
ГРУППА
4·se @- --
Б
-.�•..;,'18=
·
'.;
;.
6..
..
5Те�-- --
-
-
-
-
121,60
·�
-
юо· ц
-
sо·ц
Снойстна любого х11м11 чt:'скоrо
С(ЮДИ нен ия 3UIHICЯT от 11р11ро­
ды oбpa:JyIOU\llX cru адсментuн
и, следователь но, от их IН).10-
жt� ния н таблице Мснделеt·на.
На эт11х граф11ках 11 р11 кt•де11 ы
за11исимост11 тем п�ратур к1111t.•­
нияип.1
1
аплсн11я оодородных
соt�динений элемснтон 1 V 11 \'1
групп периоди •1(•ской систрм ы.
Вода является 11оразитсль11ым
исключением. IJлагодаря о•н.�нь
м алому радиусу протона с11лы
в ааимодейстшн1 м е;l\дУ <'е мu.1е ­
кулам11 сто:�ь нелики , t1тu раз­
делить 11х uч<�нь трудно , поато­
му вода кипит и 11ла1111тсн 11ри
а номально 11 ысок11х тсмпсрат�· ­
рах. 1(. ромс иоды , в знач11т(•.1ь­
но мсныu(;Й степени а11uма.1
1
ь­
н ыми снойстнам11 обладают а м ­
миак 11 фтор11стый иодород.
Граф11к А. Норм альная эа1111-
симость температуры кипсн11я
rидридоu злсмсито11 IV группы
от их места 11 табл11цс Меи­
делесuа. График Б. Среди г11д­
р11до11 злементо 11 VI группы uо­
да обладает аиомальиым11 сиой­
стиами: должна была бы к11псть
при МИИ)'С 80° - минус 90°Ц,
а ю11111т при п люс 100° Ц. Гра·
ф11к 11 . Нормальная зав11си­
мость тем пературы плавления
гидридов элсмсито11 IV группы
от их положения в табл11це
М с1щслееu а. График J'. Среди
г11дридои элементов VI группы
вода нарушает порядок: до.1ж­
на была бы плавиться при
МИН)'С 100° Ц, n ледяные со·
сульки тают при 0° ц.

БЕСЕДА О САМОМ НЕОБЫКНОВЕННОМ В МИРЕ ВЕЩЕСТВЕ
Вuда на самом деле очень уд ивител ьнuе вещество.
Ее, пожал уй , даже можно назвать непослушным веще­
ством. Она не подчиняется многпм физико-химическим
закономерностям , справедливым для других соедине­
ний, потому что взаимодействие ее молекул н еобычайно
ве.111ко и требуется особенно интенсивное тепловое дви­
женпе молекул , чтобы преодо леть дополнительное при­
тяжение. Это и приводит к такому неожиданному
и резкому повышению температур ее кипения и плав­
ления.
Попробуйте и на этот раз пофантазировать: вдруг
исчезает ассоциация молекул воды ... немедленно на
всей нашей планете ис•1езают снега и льды . Нельз я
катат ься на коньках, негде бегать на лыжах; впрочем,
и некому тогда было бы кататься и бегать.
IJ0.1агается .л и воде быть 111• Зеи.ле
ШИ,],НОП H ol
l
H твердоn ?
Нет, не по лагается . Из того , что температура
п л авления и кипения гидрида кислорода - его ано­
м а .1 ьные свойства , сл едует , что в условиях нашей Земли
жпдкое и твердое состояния его также аномалии. Нор­
мальным должно было бы быть только газообразное
состо яние воды .
Невозможным жителям невозможного мира, в ко­
тором все свойства воды были бы «нормальны» , при ­
шлось бы строить специальные сложные машины , что­
бы сжижать такую воду, под обно тому как это делаем
мы , получая жидкий кислород.
Са�1 ые обычные свойства воды оказываются необы­
чайными и уд ивительными, если как следует с ними
познакомиться и хорошо в них разобраться.
Сио .1 ько с�·ществуе·r газообразных
со стоя1шП воды ?
Только одно - пар.
Ско"-.ько с�·ществ�·ет ис идких
состояний воды ?
На такой вопрос не так просто ответит ь. Конечно,
тоже одно - привычная нам всем жидкая вода . Но
вода в жидком состоянии обладает такими необыкно­
венными свойствами , что приходится задуматься: пра­
вилен ли такой простой, казалось бы, н е вызывающий
никаких сомнений ответ? Вода - единственное в мире
вещество , которое после плавления сначала сжимается ,
а затем по мере повышения температуры начинает
расширяться . При +4° Ц у воды наибольшая плотность.
Эту редкостную аномалию в свойствах воды объясняют
тем , что в действител ьнС1сти жидкая вода представляет
собой сложный раствор совершенно необычайного со­
става : это раствор воды в воде.
При плавлении льда сначала образуются крупные
с.1ожные молекулы воды . Они сохраняют остатки рых­
лой кристаллической структуры льда и растворены
в обычной низкомолекулярной воде . Поэтому сначала
п.1отност ь воды низкая , но с повышением температуры
эти большие молекулы разрушаются, и поэтому плот­
ность воды растет , пока не начнет преобладать обычное
термпческое расширение, при 1ютором плотность вод ы
снова падает . Если это верно , то возможны несколько
1,0905
\0904
\0903
1•0902 llil
l"
1,0002 ••
1,0001
\0000
0,9999
о·1·2·з·4's·в·7•в·э·ю·
На графике показано , как изменяются с температурой объемы
одного грамма льда и жидкой воды . Эти изменения очень
малы, но они имеют бол ьшое значение для жизни п рироды .
Такой странной и уд ивительной зависимостью плотности от
т емпературы обладает только вода. Обрвт11те внимание еще
на одно удивительное свойство воды - огромное расширени е
льда при замерзании. Оно так велико, что г рафически на одном
чертеж е представить изменение объема воды при замерзании
невозможно. У тяжелой поды температурный ход изменения
плотности аналогичен; но замерзает она при 3,8° Ц и наиболь-
ш ей плотностью обладает при 11 ,6° Ц.
состояний воды , тол ько их никто не умеет разделит ь.
И пока неизв естно , уда стся ли когда-нибудь это сдел ать.
Такое необычайное свойство воды имеет огромное
значение для жизни. В водоемах перед наступлением
зимы постепенно охлаждающаяся вода о пускается
вниз , пока температура всего водоема не дости гнет
+4° Ц. При дал ьнейшем охлаждении более холодна я
вода остается с верху и всякое перемешивание прекра­
ща ется. В результате. создается необычайное положе­
ние: тонкий слой холодной воды становится как бы
«теплым од еялом» для всех обитателей подводного
мира. При 4°Ц они чувствуют себя явно неплохо .
Что дo.Jimнo быть .легч е-во11.а и о1
1
ио1
1
ед?
Кто же этого не знает ... Ведь лед 1шаnает на воде.
В океане плавают гига нтские айсберги . Озера зимой
покрыты плавающим сплошным слоем льда . Конечно ,
лед легче воды.
Но почему «конечно»? .. Разве это так ясно? На­
оборот, объем всех тв ердых тел при плаn:1ении увел11-
чиnается , п они тонут в своем собственном расплаве.
А вот лед плавает в воде . Это свойство воды - анома­
лия в природе , исключение , и притом совершенно
замечател ьное исключение .
Попробуем вообразить, как выглядел бы ми р, е сл и
бы вода обладала нормал ьными свойствами и лед был
бы, как и пола гается любому нормальному веществ у,
плотнее жидкой воды . Зимой намерзающий сверху
более плотный лед тонул бы, непрерывно опускаясь
на дно водоема . Летом лед, защищенный толщей холод­
ной воды , не мог бы растаять. Постепенно все озера ,
пруды, реки, ручьи промерзли бы нацело , превратив­
шись в гигантские ледяные глыбы . Наконец, промерзли
019

ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
бы моря , а за ними и океаны . Наш прекрасный цве-ту­
щий зеленый мир стал бы сплошной ледяной пустыней ,
кое-где покрытой тонким слоем талой воды . Чудесной
аномалией плотности льда и воды обладает наше уди­
вител ьное вещество.
Ско"11ько существует .J
J
ьдов ?
В природе, на нашей З емле - один: обычный лед.
Это самый прекрасный из всех минералов. Никакие
алмазы не могут сравниться блеском и красотой со
снежинками, искрящимися на солнце . Из этого голу­
бовато-зеленого камня сложены на Земле не тол ько
г оры и колоссал ьные ледники , им покрыты целые
материки . Лед - горная порода с необычайными свой­
ствами. Он твердый , но течет , как жидкость, и сущест­
вуют огромные ледяные реки, медленно стекающие с
высоких гор . Лед изменчив - он непрерывно исчезает
и образуется вновь. Лед необычайно прочен и долго­
вечен - десятки тысячелетий хранит он в себе без
изменений тела мамонтов , случайно погибших в лед­
никовых трещинах.
В своих лабораториях человек сумел открыть еще ,
по крайней мере, шесть различных, не менее удиви�
тельных льдов. В природе их найти нельзя. Они могут
существовать тол ько при очен ь высоких давлениях.
Обычный лед сохраняется до давления в 21 15 атм,
но при этом давлении он плавится при -22°Ц . Если
давление выше, чем 2115 аmм , возникает плотный
лед - лед-111. Он тяжелее воды и тонет в ней. П ри
более низкой температуре и бол ьшем давлении - до
3000 атм - образуется еще более плотный лед-11.
Давление сверх 5000 атм превращает лед в лед-У
-
этот лед можно нагреть почти до 0°, и он не растает ,
хотя и находится под огромным давл ением . При дав­
лении около 20 ООО атм возникает лед-VI . Это бук­
вально горячий лед - он выдерживает, не пла­
вясь, температуру +80°Ц . Лeд- VII, найденный при
давлении 40 ООО атм, пожал уй , можно назвать рас­
каJi енным льдом . Это самый плотный и тугоплавкий
из известных льдов . Он плавится то лько при 175° выше
нуля. Некоторые ученые подозревают, что существ ует
еще неустойчивый лед-IV , быстро переходящий в лед-У .
Наверно , человек , расширяя свое познание при­
роды , сумеет. в будущем найти еще не один вид льда.
Что ну2К110, чтобы .J
J
eд растая.J
J
?
Очень много тепла . Гораздо больше, чем для плав­
ления такого же количества любого другого вещества.
ИсключитеJi ьно бол ьшое значение скрытой теплоты
плавления - 80 калорий на грамм льда - также ано­
малыюе свойство воды . П ри замерзании воды такое
же количество тепла снова выделя ется .
Когда наступает зима , образуется лед, 11ыпадает
снег и вода отдает обратно тепло , подогревает землю
и воздух . Они противостоят холоду и смягчают пере­
ход к суровой зиме , к жестоким морозам. Именно бла­
годаря этому замечатеJi ьному свойств у воды на нашей
планете существ уют осень и весна.
Ско.J
J
ько теп.J
J
а 11у ж110,
ч·rобы 11агреть воду ?
Очен ь много. Больше, чем для нагревания равного
количества любого другого веществ а. Чтобы нагреть
грамм воды на один градус, необходима одна калория.
620
Это больше чем вдвое превышает теплоемкость любого
химического соединения .
Вода - веществ о, необычайное даже в самых обы­
денных для нас свойств ах. Конечно, эта особенность
воды имеет очень бол ьшое значение не только при
варке обеда на кухне. Вода - это великий распреде­
литель тепла по Земле. Нагретая Солнцем под эквато­
ром, она переносит тепло в Мировом океане гигант­
скими потоками мо.р ских течений в далекие полярные
области , где жизн ь возможна только благодаря этой
уди вител ьной особенности воды .
Как вода попадает в об.J
J
ака ?
Очень просто . Солнце нагревает воду. Всюду, где
она есть ,- в луже , в пруду, в море, в океане. Вода
поrлощает в своем тонком верхнем слое почти всю
энергию попадающих на нее солнечных лучей 11 испа­
ряется . Молекулы воды исключител ьно просты в своем
строении и вместе с тем необычайны , отличны от всех
других молекул . Они сильно притягиваются друг к дру­
гу благодаря силам межмол екулярного притяжения
за счет дополнительных водородных связей . Солнцу
приходится затрачивать очень много энергии , чтобы
разделить молекулы воды , чтобы превратить ее в пар.
Нет ни одного веществ а, у которого бы скрытая теп­
лота испарения была бы больше, чем у воды . Вода -
лучший теплоносител ь. Ничто не может с равнит ься
с ней. Ничто не может лучше работать в паровых
турбинах электростанций, в цилиндрах паровых дви­
гател ей.
Вода - гигантский двигатель и в природе . Метео­
рологи подсчитали, что Солнце иснаряет на Земле
за одну минуту миллиард тонн воды . Каждую минуту
миллиард тонн водяного пара вместе с восходящими
потоками нагретого воздуха поднимается в верхние
слои атмосферы. Каждый грамм водяного нара уносит
с собой 537 калорий солнечной энергии .
На бол ьшой высоте , где давление мало, воздух
расширяется , е го температура сильно понижается
и водяной пар конденсируется , снова превращаясь
в воду,- ее мельчайшие капельки образуют облака .
Энергия Солнца , поднятая с водяным паром вверх ,
неминуемо до лжна выделиться обратно , когда он прев­
ращается в облака . Эта энергия переходит в теплов ую ,
нагревая воздух . Каждую минуту водя ной пар отдает
атмосфере Земли чудовищно огромное количеств о энер­
гии: 2,2 · 1018 дж . Стол ько энергии за то же время могли
бы выработать сорок миллионов электростанций, по
миллиону киловатт каждая.
Это та энергия , которая переносит сотни миллиар­
дов тонн воды по воздуху в облаках и орошает дождями
всю пов ерхность Земли. Это та энергия , за счет кото­
рой дуют ветры , возникают бури , рождаются ураганы
и штормы . А только один развившийся ураган выде­
ляет энергию , эквивал ентную энергии тридцатн тысяч
атомных бомб .
Почеиу в нор е вода со.J1е11ая ?
Это , пожалуй , одно из самых· важных следствий од­
ного из самых удивительных свойств воды . В ее моле­
куле центры положител ьных и отрицател ьных заря дов
сил ьно смещены отиосител ьно друг друга . П оэтому
вода обладает исключител ьно высоким , аномальным
значением диэлектрической проницаемости. Для воды
t=80, а для воздуха и�в акуума б= 1. Это значит , что два

БЕСЕДА О САМОМ НЕОБЫКНОВЕННОМ В МИРЕ ВЕЩЕСТВЕ
любых разноим енных заряда в воде взаимно притяги­
ваются друг к другу с силой в 80 раз меньшей , чем
в воздухе. Ведь по закону Кулона
Но все межмолекуJ1ярные связи во всех телах,
определяющие прочность тела, обусловлены взаимо­
действием между пол ожител ьными зарядами атомных
ядер и отрицател ьными электронами. На поверхности
тела, погруженного в воду, силы, действующие между
молекулами или атомами, ослабевают под влиянием
воды почти в сотню раз. Есшr оставшаяся прочность
связи между молекулами ст ановится недостаточной,
чтобы противостоять дейстnию теплового движения,
молекулы или атомы тела начинают отрываться от е го
поверхности и переходят в воду. Тело начинает раст­
воряться , либо раснадаясь на отдел ьные молекулы ,
как сахар в стакане чая , либо на заряженные частицы­
ионы , как поваренная coJI Ь.
Именно благодаря аномал ьно высокой диэлектри­
ческой проницаемости вода - один из сильнейших
растворител ей. Она способ на растворить любую гор­
ную породу на земной поверхности . Медленно и неот­
вратимо она разрушает даже граниты , выщелачивая
из них наиболее легко растворимые составные част и.
Нет в природе такой прочной породы , которая могла бы
сопротивляться всемо гущему разрушителю - воде .
Ручьи, речки и реки сносят раст воренные водой
примеси n океа н. Вода из океана испаряется и вновь
возвращается на земJ1ю, чтобы снова и с нова продол­
жать свою вечную работу. А растворенные соли оста­
ются в морях и океанах.
Не думайте , что вода растворяет и сносит в море
тол ько то , что легко растворимо , и что в морской воде
содержится тол ько обычная соль , к оторая стоит на
обеденном сто ле. Нет, морская вода содержит в се­
бе почти все элементы, существ ующие в природе .
В ней есть и магний, и каJ1ьций, и сера, и бром, и йод,
и фтор. В мен ьшем количестn е в ней найдены железо ,
медь, никел ь, олово , уран, кобаJ1ьт, даже серебро и
золото . Свыше шестидесятн элементов нашли химики
в морской воде . Наверное, будут найдены и все оста.'lь­
ные. Больше всего в морской воде поваренной со ли.
Поэтому вода в море соленая .
А знаете ли вы, что кровь человека и других жи­
вотных близка по составу к морской воде? И что расте­
ния извлекают из земли питательные вещества в виде
водно го раствора ? Если бы вода не обладала удиви­
тел ьным свойством - необычайно высокой диэлектри­
ческой проницаемостью, море не было бы соленым.
Но это некому было бы за метить - не было бы на
Земле жизни.
Рас11адаются .11 н в воде 11а ио11ы
ее с. 01Jств е1111ые ио.1
1
ек�·.;1ы ?
Да, распадаются . Молекулы воды очен ь прочны,
но все же очень небол ьшая часть их диссоциирует на
ионы : Н 20=Н++он-
.
При этом из каждого мил­
лиарда молекул воды при обычной температуре диссо­
циированы всего лишь только две молекулы.
Свободный протон Н+ - ядро атома водорода ,­
конечно , не может существоват�, в водной среде: ион
водорода немедленно присоединяется к молекуле воды
и образует ион гидроксония Н3О+.
Вида.1
1
.1
1
и хоть кто-11ибудь воду ?
Этот вопрос может показаться нелепым. Однако
если быть строгим и т очным в ответах, то придется
сказать, что нет - воду пока еще , н аверное, никто
не видал и не держал в руках . То , что налито в ста­
кане и что мы по привычке называем водой, на самом
деле всегда представляет собой раствор очень многих
веществ в воде . В ней растворены газы: азот, кислород,
аргон, углекислота - и все примеси , находящиеся
в воздухе. В ней растворены соли из почвы , железо
из водопроводных труб . В ней растворены, наверное,
сотни, а может быть, и тысячи различных соеди нений
почти всех элементов периодической системы. В ней
взвешены мел ьчайшие нерастворимые частицы пыш1 .
Это мы и называем «чистой водой»>.
Много ученых работают над решением трудной
проблемы получения абсолютно чистой воды . Но 11ока
еще получить такую воду не уд алось . Да и как это
сделать: налитая в стакан вода растворяет стен ки
ста кана , соприкасаясь с любым газом, она растно­
ряет газ.
Очень тщательно очищенная и освобожденная от га­
зов вода приобретает совершенно необычайные свойства :
ее можно перегреть н а десятки градусов выше точки ки­
пения-она не закипит, се можно очень сильно 11ере­
охладить - она не замерзнет.
llочеиу вода «иокрая» ?
Вода не очень «мокрая» , если считать, что этот
шутливый вопрос относится к способности воды сма­
чивать другие тела . Большинство жидкостей гора здо
«мокрее» воды . Вода с трудом с мачивает металлы , совер­
шенно не смачивает жирные поверхности . Водой не
намочишь парафин. Капли воды скатываются с поверх-
1юсти многих полимерных материалов: тефлона , поли­
этилена и др. Спирт же, например, или керосин оч ен�,
хорошо смачивают почти любые тела . Это объясняется
тем , что силы взаимодействия между молекулами воды
так необычайно велики, .что · вода собирается в капли
там , где все другие жидкости растекаются .
Это свойство воды причиняет много огорчений в
обыденной жизни и в технике: загрязненные жиром
или ['!аслами руки водо й не отмоеш ь. И з-за это го
и было изобретено мыло . Химиками было синте аиро­
вано много с пециальных веществ - «смачивателей»,
которые очень широко применяются в технике , чтобы
воду сделать «мокрее» .
Какую фор иу ииеет вода ?
Хотя этот вопрос может показаться ст ранным ,
во он задан совершенно правильно . Вода обладает
собственной формой, как и любая другая жидкость.
Ее форма - шар . Утверждение учебников, что вода
принимает форму со суда , а собственной не имеет ,
неверно . Ее собственная форма на Земле обычно иска­
жена силой тяжести .
Но что воде свойственна форма шара , в этом
очен ь легко убедиться - достаточно слетать па косми­
ческом корабле в космос и вытряхнуть там воду из
бутылки. Можно увидеть это и на Земле: посмотрите
на падающую каплю или выдуйте хороший мыльный
пузырь. Во всех этих случаях де йствие силы тяжести
исключено и вода принимает свою собств енную форму.
021.

П РЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕ СТВА
В ус.�о виях невесомости вода принимает форму шара .
l\lo11ш o е1
1
н бегать по поверхности воды?
Можно . Чтобы в этом уб едит ься , посмотрите летом
па пов ерхност ь любого пруда или озера . По воде не
только ходит , но и бегает немало живого и быстрого
народца . Если учесть, что щющадь опоры лапок у этих
насекомых очен ь мала, то нетр уд но нонлть, что ,
несмотря на их небол ьшой вес, поверхность воды
выдерживает, не прорываясь, значител ь ное давл ение.
1
\
lошет .'1 11 но;.1.а те•1ь вве1" х ?
.
Да, может . Это происходит всегда 11 повсеместно .
Сама поднимается вода вверх в почве, смачив ал всю
толщу земли от уровня грунто вых вод. Сама подни­
мается вода вверх по капиллярным сосудам дерев а и по­
могает растению доставлять раств оренные пита1 ельные
вещества на большую высоту - от глубоко скрытых
в зе�1ле корней к листьям и плодам . Сама движется
вода вверх в норах промокательной бумаги , когда вам
приходится высушивать кляксу, или в ткани поло­
тенца , когда вытираете лицо . В очень тонких трубоч­
ках - в ка пиллярах - вода может поднят ься на
высоту до нескольких метров.
'-le)t •• то оi·ы1с11яется ?
Еще одпой замечател ьной особенностью воды -
ее исключител ьно большим поверхностным натяже-
Поверхностное натяжение воды столь велико; что по ней
cnoкoi\110 могут гулять, · как посуху, довольно крупные водя­
ные насекомые, вроде этих.
!О:.•)•)
..
.
....
..
..
нием . Молекулы воды на ее поверхности испытывают
действие CИJI межмолекуля рного притяжения тол ько
с одной сто роны , а у воды зто взаимодействие анома.'!ь­
но велико . Поэтому каждая мо лекула на ее поверхности
втягивается внутрь жидко сти. В резул ьтате вознюшет
сила, ст ягивающая поверхность жидкости. У воды она
особенно велика : ее поверхностное натяжение состав­
ляет 72 дин/см.
Эта сила и придаст мыльному пузырю, падающей
капле и любому количеств у жидкости в усJювиях неве­
сомости форму шара. Она поддерживает бега ющи х
по поверхности нруда жуков, ланки которых водой н е
смачиваются . Она поднимает воду в почве, стенки
тонких пор и отверстий в ней , наоборот , хорошо сма­
чиваются водой. Вряд ли вообще было бы возможно
земледелие , если бы вода не обладала бы этой исклю­
чител ьной особенностью.
Все е1
1
н свойства воды по11ят11ы ,· чен ыи ?
1\онечно, нет! Вода - загадочное вещество . До с11х
пор ученые не могут еще понять и объяснить очень
многие ее свойства . Непонятно, например , почему вода
не тол ько изменяет некоторые свойства п ри воздей­
ствии на нее м агнитного поля, но и надол го сохраняет
эти изменения. В такой воде иначе идут реакции осюi\ ·
денил. Многие сол и из об ычной воды выпада ют при ее
испарении в форме плотного осадка , образуя нак11 11 ь
(посмотрите в чайник). « Намагниченная» вода накипи
не образует. Почему :JТо так - никто не знает. Но то , что
явление :это еще не пон ято и пока не объяснено, ни­
сколько не мешает инженерам с ус пехом применять е1·0
в технике для борьбы с накипью в котлах те п лов ых
электростанций .
Недавно . б ыло обнаружено новое загадочное явле­
ние. Оказалось , что вода на Земле измен яет свою при­
роду в зависимости от того , что происходит на Солнце
и в космосе . Было замечено , что космические причины
вл ияют на характер протекания в воде некото рых хи­
мических процессов , например на скорость понвл ения
осадков. Почему - не известн о.
Многие наблюдения и факты говорят о том , ч то
талая вода обладает особыми свойствами - о на более
благопри ятна для развития живых организмов. Поче­
му - тоже неизвестно.
Можно не сомневаться , что все подобные загадки
будут успешно разрешены наукой . Будет открыто еще
немало новых, более удивител ьных за гадочных своiiств
воды - самого необыкновенного вещества в мире.
Все o!I H свойства воды �- же пе1•ечнс.1н•11ы
в дТОЙ статье ?
Нет, к сожалению, дален:о не все. Не хuатило
места даже длл наиболее интересных . Но тот , кто
захочет подробно познакомиться со всеми свойствами
воды , которые уже изучены, сможет зто сдел ать
самостоятед ьно.
Для этого ему нужно будет прочесть во всех
научных библиотеках мира все уже вышедшие жур­
налы и книги , где на печатаны научные работы
по химии , фи3ике, биоло гии , фи3иологии , биохи м1111 ,
биофизике, геологии, геохимии . Придется изучить
и многие работы по астрономии и астрофизике ( инте­
ресно , есть ли вода на планетах, в межзвездном про-

БЕСЕДА О САМОМ НЕОБЬIКНОВЕННОМ В М И РЕ ВЕЩЕСТВЕ
странстве, в далеких галактиках? И как ее там ищут
аст рономы?). Надо будет изучить работы по зоологии
и fiотанпке (ни животные, ни растения без воды ж11т ь
не могут) . l'ыбы и микроорганизмы живут в воде -
при;.{ется читат ь работы по 11хтио;югии и микробио­
лог1ш.
Само собой разумеется , что нел r.:�я пропустит �.
к1111 п1 по гидрологии, океанологии, лим1юло г1ш (это
очен ь интересная наука об озерах) , необходимо также
и:1учить работы ученых п о теорни рек, их образовании
и жиз1ш, тщател ьно проработать все, что известно
по г.1 яц1ю лог1111 (зто очень важная наука о свойствах
льда - она помо гает строить большие города на дале­
ко�� с евере) , п о спелеоло гш1 (ведь пещеры 11 недрах
Зем.111 соз.:щны водой, и это тоже ее свойство) .
Без т ермод1шамики 11е,1ьзя понять роль воды
в :тер гет11ке (вед 1. все тепловые электростанции рабо­
тают на паре, а гид р оста нци11 - на воде) . Придется
изучить и ядерную физику (зачем атомной энергетике
нужн а тяжелая нода) . Есть еще очень обширная
и т рудная наука - гидравлика .
Придется изучить ряд разделов электротехники -
бе:-� этой науки нел ыя усвоить :�J1 ектрох имию, болr,-
1ш1 11ство процессов кото рой п р о текает в водных раст­
ворах .
Где и какие рек11 , моря и океаны р асноложены
на З е .ч ле , рассказано в работах по географии. С овер­
шенно особые сво йстн а воды изучает навигация - нау­
к а о кораблевожд ении и теория кораблестроения .
Очень много интересного о воде можно у:� нат 1,
п з ю1 11г по метю рологни - науке, которая изучает,
п очему рождаются тучи и идет из них дождь.
Не ль:�я оставить без внимашrя научные работы
по м едицине - и в ч еловеке все жизненные процессы
п ротекают в водной среде .
Может быт ь, вы думаете, что мож но пропустит�,
сочи нения по истории, по экономике? Нет, их ра з­
в11т11е определялос1. на нашей пла нете водными путями
сообщения.
Наверное можно назвать, если хорошенько поду­
мать, еще много отраслей знаний, в которых изу ч а­
ются свойства воды . Попробуйте нодумать сами .
Все eJJ И �· иt е щ1вt�ст110 о no;�e ?
Сопсем еще недавн о, н е много лет назад, х11мн 1ш
были уперены , что состав воды им хорошо изве ст е н.
Но однажды одному из них пришлось намерить шю т­
ность остатка воды после эле1< тролиза . Он был уди в­
лен: плотность оказалась на нескол ь ко стоты сяч 11 ы х
долей выше нормал ьной. В науке нет ничего нез начи ­
те л ь ного . Эта ничтожная ра:шица потребовала объ яс­
нен ия . В резул �.тате учеными было открыто много
1юпых бол ьших тайн при роды . Они у:-�нали, что пода
очень сложна . Были найдены н о вые изотопные формы
в оды . Д о быта из обычной тяжелая вода ; оказалось,
что она совершенно необходима для энергетики буду­
щего . Теперь во всех странах мира физИl\И упорно
и неустанно работают над реше нием этой вел икой з ада­
чи . А началось все с простого и:-�мерения самой обы ч ­
ной, б удничной и неинтересной величины - плотноеть
воды измерена точнее на лишний десятичный зн а к.
Каждое новое более точное измерение , кажды й
повы :i в е рный расчет не то лько повышают уверенност ь
в знанни и надежности уже добытого и и:ш естно го , но
и ра;щв 11гают границы неведомого и еще не позна нного
и прокладывают к ним новые пути .
Нет предела человеческому разуму, нет п ред ела
его возможностям ; и то , что мы тепер1. так много апаем
о природе и свойств ах поистине самого удивитеJJ ыюго
в мире вещества - о воде , открынает перед в<1м и ,
перед теми, кто читает сейчас эту книгу, еще бол1.шие,
неограничен11ые возможности . И кто может сказат ь ,
что в ы еще узнаете, что откроете нового , еще бол ее
необычайного. У мейте только видеть и удиплят1.ся.
Вода , ка1< и все в мире, неисчерпаема .
•
Вечно, по всем нап равлениям , Все­
лен н�·ю прон Jt ЗЫВRЮТ ПOTOKll косм и­
чес1 шх Л)'Чей-потоки част1щ с огром­
ной зиl.'рг11ей. Бол ьше всего в них
протонов - ядер атомов водорода. В
своем движении в �;осмосе наша п.�а­
нета непрерывно подвергается «Про­
тонном �· обстрелу». Проннзыnая верх­
ние слои земной атмосферы, протоны
за хваты вают электроны, превращают­
ся n атомы водорода и немедленно
вст�·пают в реакцию с ю1сJ1
1
1родом ,
образуя воду. Расчет показывает, что
ежегодно почти полторы тонны такой
«1<осм 11чес1юй» воды рождается в стра­
тосфере. На большой высоте при ннз­
�;ой темпе рат уре упругость оодяного
пара очень мала и 1\fолекулы вод ы,
постепенно нака11л1t ва ясь, конденси­
руются на частицах косм и•1еской пы­
ли, образуя та11нствен ные сереб ристые
облака . Ученые предполагают, чт,, они
состо ят из мельчай ш11х ледяных кри­
сталл иков, возн икш11х из такой косми­
ческой воды. Подсчет показал, что
воды , появившейся та�;нм образом на
Земле за всю ее историю, как раз хвати­
ло бы, чтобы род ились все океаны на­
шей планеты . Значит, вода пришла на
Землю из космоса? Но ...
жит между 1 1ентральным яд ром Зем ­
ли и зе мной l\OIJOЙ, под вл иянием
накаплнвающегосн тепла рад иоа1ст1ш­
ноrо распада изотопов местами рас­
планлялнсь. Из них выдел ялись ле­
тучие составные части: азот, хлор,
соед инен ии углерода, серы, больше
всего выделялось вод яных паров.
С1юл ько же воды могли выброснть
при изве ржl'ннях все вулканы за все
врем я существш1а ння нашей плане­
ты? Ученые 1юд счнталн и зт о. Ока­
залось, что такой изверженной с• rеоло ..
.
гическnй» вод ы тоже ка1с раз хватило
бы, чтобы за11ол ннть все о�;евны.
Геохнм и1ш не сч итают воду н ебес­
ной гост 1.ей. Они убеждены, что у нее
земное происхожден11е. Породы, сла­
гающие земную мантию, котор�ш ле-
Интересно все-таки было бы знать:
отк�·да же 11е Земле взялась вода?

СПРАВОЧНЫВ ОТДЕd
ВСЕМУ МИРУ - ОДНУ МЕРУ
(Система е�иниц иэ11ерения)
Ct•АВНЕНИЕ И СЧЕТ
В жизни , особенно в науке и техник е, люди часто
измеряют расстояния, вес , вреыя и т. п . Чтобы изме­
рит�, какую-нибудь величину, например вес камня или
гл убину реки, ее сравнивают с другой известной
величиной, выбранной в качестве единицы измере­
ния ,- с килограммом или метром. Результат измеренuя
вы ражаетс я числом ед иниц , содержащихся в измеряемой
величине, например : вес камня - 10 кг, глубина ре­
ки - 3 �t . Измерение позволяет нам оценивать различ­
ные масштабы предметов и явлени й.
13 каждом языке есть назв а ния всевозможных пред­
метов и явлений природы . Но без I< оличеств енного исчис­
лени я и без сравнения предметов сведения о них были
бы неполными . С развитием общения между людьми ,
с расширением торговли и ростом науки появилась не­
обходимость в количеств енном измерении . А измерение
н е возможно без счета и без еди ниц измерения, с которы­
ми сравниваются величины.
С амое простое измерение - счет целыми числами .
Ими можно измерить и сравнить количество одинаковых
и неделиыых предметов - 8 человек , 3 лошади , 5 деревь­
ев. Стадо в НЮ овец вдвое больше стада в 50 овец.
К такому счету мы привыкли так же, как к родному
нзык у.
П ривыкли мы и к нашей десятичной систе­
ме счета , общеприннтой во всем мире : един ицы объеди­
ннютсн в деснтки, дес ятки - в сотни , сотни - в тыся­
ч и. Но существ овали и иные системы счета . В древнем
Вавилоне употребляли шестидесятичную
систему счета . Мы пол ьзуем-
с н ею и сейчас, когда изме-
рнем время : 60 сек унд -
мин ута , 60 минут - час.
Деление года на 12 месяцев,
окружности на 360 граду­
сов - все это наследие ва­
вилонской системы счета .
Существуетдвоичная
система счета , где за осно­
вание числа берется не 10,
как в десятичной , а 2. Так
считают и электронно-вы ­
числительные машины .
Целыми числами мож­
но измерить количеств о
одина ковых ,
неде лимых
11 редме тов - людей , живот ­
ных, деревьев. А как изме­
рить расстояние между го­
рода ми , количеств о зерна ,
ноды? Д ля этого нужны еди -
Рис. 1.
ницы измерения , с которыми можно было бы сравнивать
эти величины. Расстояние или длину можно измерить ко­
ли11еством шагов или сравнить их с размерами различ­
ных частей челов еческого тела - рук, ног. В древних стра­
нах, в Египте , Вавилонии , Греции , единицей длины был
локоть - длина руки человека от локтя до кончиков
пальцев (рис . 1). В древней Руси единицами длины бы­
ли : сажень - расстояние между конца ми пал ьцев раз­
веденных в стороны рук (рис. 2); аршин, равный пример­
но длине руки; вершок - длине среднего суста ва бо.1ь­
шого пальца . Но так как длина локтя , ступни , размаха
рук у разных людей различны , то локти , футы и
сажени у разных народов неск ольк о отл11чались друг
от друга . Локоть в Египте равнялся 0,45 м, а в Греции-
0,51 м.
Разнообразие единиц очень усложнял о торговлю и
обмен сведения ми . П ереводить одни единицы измерения
в другие было гораздо труднее , чем переводить с одного
языка на другой названия предметов . И люди пришли
к выводу , что лучше всем на родам иметь одинак овые
единицы измерения .
KARllMИ ДО.JIЖНЫ БЫТЬ ЕДИНИЦЫ
ИЗМЕt•ЕНИЯ
Эти единицы мер должны быть удобными и неиз­
менными . Удобными -
·
это значит , что результат из­
ме рения наиболее часто вст реча ющихся величин дол­
жен выра жаться наимен ьшим количеством слов . Не-

лепо , например, рост человека измерять мик ронами :
1 млн . 650 тыс . мк. Для науки вообще нельзя при­
ду мать « удобную» единицу - ей прих одится измерять
и расстояния до звезд, и размер атома , длительность
молни й, и возраст Вселенной . Если это нужно, ученые
сами придумывают удобную для науки единицу, напри­
мер : расстояния во Вселенной уд обно мерять световыми
год ами , световой год = 9,46 · 1015 м, а сечения атомных
ядер - барнами. r;арн = 10-18 м2.
Н о самое важное , чтобы принятые единицы были
одинак овыми у всех народов и стран . Для этого в каж­
дой стране хранят образцы (э т а л о н ы) измерител ь­
ных еди ниц. Эти эталоны пери од ически сверяют друг
с другом , и правител ьства обязывают всех граждан
своих стран пол ьзоваться тол ьк о этими единицами .
Важно также , чтобы неизменность единиц измерения
м огла быть проверена каким-нибудь неизменным и веч­
ны м природным эталоном. Например , еди ницу време­
ни - сек унду св еряют с временем оборота Земли вокруг
Солнца . Для точных наук особенно важно , чтобы эта­
лоны единиц в различных госуда рствах были настоль­
ко оди наковы ,насколък о это возможно для современного
уровня техники . Два этал она метра , отличающиеся друг
от друга всего на одну миллионную долю (мик рон) ,
для физика-оптика уже два разных «метра»; ясно , что
сравнение измерений, сделанных этими двумя метрами,
теряет для него 1�енн ост ь.
1'1ЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА
ЕДИНllЦ
Первый шаг к единой Международной системе еди­
ниц был сде лан посде В едикой французской револю­
ции 1789 г. Тогда в Еоропе почти в каждом государстве
быда своя система единиц, св ои меры . Французские
ученыеизобрелиновуюсистему-метрическую
и предложили всем странам принять ее. Идея метри­
ческой системы очень проста . Систе ма счисления -
десятичная, единица длины -метр- определенная часть
меридиана Земли . Единицей времени была принята се­
кунда - l/8��nn доля зем н ы х суток . Основные единицы -
метр 11 секунда-могли быть в любое время проверены
естественным эталоном : размером земного шара и вре­
менем его оборота вок руг св оей оси .
С максимал ьной точност ью, с помощью геодезиче­
сю1х измерений, была измерена дуга Парижск ого мери­
диана от Дюю\ ерка до Барселоны ; одна сорокамиллион­
ная часть длины этого меридиана быда названа специ­
ал ьно изоб ретенным словом мет р. Из твердого и проч­
ного сплава платины с иридием был изготовлен эта­
лон �1етра , хранящи йся в Архиве Франции (рис . 3) .
За ед иницу массы был принят вес 1 д��з чистой
водыпри4°Циназванкилограммом.Изтого
же сплава изготовили эталон килограмма (рис . 4 ) .
Эталоны мет ра и кил ограмма , так же тщательно изго­
товленные , были разосланы во все страны . Есть эти
эталоны и у нас , они хранятся в Палате мер и весов .
Эталоном единицы времени были установлены сут­
ю1 . Измеряди оремя по часам или хронометрам, сверяя
их с астрономическими данными. Другие единицы изме­
рения, например еди ницы пл ощади , скорости и т. п .,
обра:ювались от основных : квадратный метр, метр в
секунду.
К концу прошлого века в науке и технике поя оил­
ся целый ряд систем единиц . Они различались тем , что,
например, в одних (СГС) за основные еди ницы были при­
няты сантшJетр , грамм-масса , секунда , в других
ВСЕМУ МИРУ - ОДНУ МЕРУ
Рис. 3 . Поперечный р аз­
рез эталона метра. Та­
кая форма эталона пре­
дохраняет ero от про ­
rиба н ия и друrих де-
форма11иli.
Рис. '· Эталон
массы - t "••
(МRГСС) - м етр, килогра мм-сила , сек унда . Создате­
ли систем доказывали , что их системы самые удобные.
Rак бы то ни было, переход от одн ой системы к другой
быд затруднителен , так как единицы измерений в этих
системах сильно отличались друг от друга . За еди ни1�у
электрической емк ости в системе СГС принимаJt ась
емкость шарика радиусом в 1 см , а в практическ ой си­
стеме - емкост ь шарика радиусом в 9 млн. км (фа рада).
Для введения новых единиц и систем соби рались
международные Генеральные конференции. ll 1960 г.
XI Генеральная конференция рассмотрела и утвер­
дилаединуюМеждународную систему-
С И (System Jn terna tional - SI) и рек омендовала но
всех странах пользоваться только ею. СИ опи ра-
.
ется на 6 основных един иц, из которых могут быть
получены всевозможные единицы для измерения любых
физических величин. Вот ее основные един ицы : метр,
килогра мм, сек унда, ампер, градус Ке львина, свеча.
Для измерения углов устаноолены доподнитещ,иые
единицы - радиан и стерадиа н.
Единица длины - метр . Прежнее определение
метра оказалось неточным. Меридиан длиннее , чем
40 ООО ООО м, а изготовленный в 1795 г. платино-ири­
диевый эталон так и оста лся эталоном метра . Но еще
более неприятным оказалось, что метр и его эталоны,
разосланные в разные страны , со временем, о результате
перекриста ллизации в спла�е, изменились. Ученые об­
наружили это, измеряя эталоны при помощи световых
волн. При этом они отк рыли , что длина волн света ,
излучаемого атомами некоторых элемент ов, гора :�д о
постояннее , чем мета ллический этал он метра . С помощ1, ю
приборов интерферометров-к омпараторов (сравнителей)
можно о пределить разницу между двумя этал она ми,
равную сотой доле длины световой волны. Особенно
пригодной для этой цели оказалась длина волн ораюке­
вого света , излучаемого инертным газом кри птоном-8(}
при прохождении через него электрическ ого тока -
она наиболее постоянна и легк о измерима . Но металли­
ческ ий эталон все равно нужен , нельзя же каждую
деталь или расстояние до пла нет и звезд измерять при
помощи световых волн. Поэтому ученые рекомендовали
проверять неизменность эталона метра длиной свето­
вых волн кри птона-86 . Длина этой волны принята за
естественный эталон . Величина метра тепе рь определя­
ется так : м етр есть длина , равная 1650763,73 длины
волны излучения кри птона-86 . Эталон метра проверяют,
измеряя число световых волн, укладыоающихся в нем;
по эта лону из готовляют линейки , калибры и другие
и змерительные инструменты .
Чтобы понять, как сравнивают эталон ыстра с дли­
ной волны света , надо знать физику и особенно ее раз­
дел оптику (см . ст . «Свет») . Из волнооой оптики извест­
но, что если световые волны , от раженные , нап ример, от
двух зеркал, приходят в одну точку и при этом разница
между длиной их пути равна нулю или соста вляет чет-

СПРАВО ЧНЫА ОТДЕЛ
а
б
Рис. 5.
ное число полуuолн, то в этой точке амплитуды волн
складываются и интенсиuность света усиливается. f<сли
же эта разница раuна нечетному числу поJ1 уволн (вол­
ны приходят в точку в проти воноложной фазе) , то их
амплитуды вычитаются и интенсивность света резко
уменьшается (рис . 5).
.
На мета лл ическ ом бр�се устанавливают два зер­
кала : верхнее может передвигаться при помощи винта
(рис . 6). Плоскость uерхнего точно сов мещают с поверх­
ностью нижнего неп одвижного зеркала . На оба зеркала
направляют по узкому лучу света от криптоновой лампы,
отраженные лучи сводят линзой в одн у точку и наблю­
да ют за ее освещенност ью. Когда поверхности обонх
зеркал точно совмещены , разность хода между отражен­
ными луча ми равна нулю и в точке мы видим светл ое
пятно. Стоит сдвинуть верхнее зеркало вправо па длину
в четверть волны , как отраженный от него луч придет
в точк у с опозданием на одну полуволну и в точке не
будет видно света - он погасится благода ря инте рфе­
ренции . Если верхнее зеркало сдвинуть вправо еще на
четверть волны , луч «опоздает» на две полуволны и
свет в точке усюштс я. Расстояние между поверхностя­
ми зеркал будет в этом сл учае равно половине длины
световой волны . Набл юдатель постепенно передвигает
Рис. 6. Схема li:)мереsвя длины м етра " помощью световых
волн . 1 - криптоновая аампа , погруженная для стабильн ости
излучения в сосуд с жидким азотом. Линзы и колл иматор
(2) формируют свет лампы в узкий пучок. Призмы (,'/) и
колл1111атор выделяют из спектра криптона-8 6 его оранжевую
JJииию. Полупрозрачное зеркало 4 раздваивает световой пу­
чок; часть лучей проходит через полупрозрачные зеркала 4 и :;
и отражается от зеркала 6; другая часть лучей , отраженная
зеркал ами (4), иройдет через зеркало /5 н отразится от зер­
кала 7. Лучи , отраженные от зеркал 6 и 7, отразятся н от
зе �жала б, иройдут через линзу N и совместятся в одной точке
на зкране 9.
526
верхнее зеркало и подсчитывает uспышки и гашения .
К огда он насчитает их 330 1 527 ,46, расстояние между
поверхностями зеркал станет равным 1 метру. Сосчи­
тать более трех миллионов вспышек и гашений света
трудно, поэтому чаще всего таким методом из�1еряют нс
целый метр,а эталон в 1 нли 10 см.
Излучение криптона-86 получают , пропуская элс!\­
трический ток через трубку с разреженным кри нтопом
(давление нескол ьк о миллибар); его оранжевое излуче­
н ие с длиной волны 6057 , 802i . 10 -1u .�i выделнют из
спектра призмой . Чтобы и;mучение было более одно­
родным (монохроматичн ым) , при разряде подде рживают
строго определенную силу тока, а трубку со свст11щ1шсн
криптоном помеща ют в сосуд с жидким азотом при тем­
пературе 73,3° К(- 199,8° Ц).
Точность измерения ве;1ичины оп рсделяетсн числом
достов ерно известных знаков в результате измерени я.
Метр измерен числом длин волн , выраженным девятью
зна ками, -это значит , что точность онредел енин эталона
не менее одной мишшардной . С такой же точностью
(но не большей) можно из�ю р11ть длину в любых опытах .
За единицу массы - кшюграмм - принята масса
платино-иридиевого эталона , хра нящегося в Меащуна­
родном бюро мер и весов . Прежнее оп редел ение кил о­
г рамма как массы 1 литра воды при 4° Ц тоже оказалось
неточны м. 1 литр весит на 27 мк меньше , чем изготовш·н­
н ый во Франции этал он килограмма . Но в отличие от
нлатино-и ридиевого эталона длины масса эталона кило­
грамма совершенно не меннется со вре�1енем, и сравнить
эталон с его копиями можно с большой точностью -
до нескол ьких миллиардных долей .
Согласно оп редеJ1ею1ю1 мсханию1 :1
1
асса ест ь мера
1шерц11он ност11 тел . Масса тел а тем бол ьше , чсм бо.1ьш е
атомов входит в его соста в. llec же по второму аакон у
Ньютона есть с и л а, с которой Земля (ил и другое не­
бесное тело) притягивает к себе тел о данной массы .
Вес равен произведе нию массы тс.11 а на ускорен ие
с11лы тя жест11 . На Jlyпe, например, где уск орение
силы тяжести в 6 раз мен ьше , чем на Земле , во стол ько
же раз будет меньше и вес нашего , земного килограмма.
А на Юпитере- в 2,4 раза бол ьше , на Солнце - бол ь­
ше в 28 раз! Масса же , например, у этал она килограмма
во всех этих сл уча ях не из�юн11тся. Наконец , на борту
спутника вес массы любого тела при состоянии неuе­
сомости равен нулю. Даже на Зсмле в разных ее мест ах
вес тела одной и той же ��ассы изменяется: н е uезде
одинаково ускорение силы тяжести . Земля не и деал1,ны й
шар, она немного сплюснута у полюсов . Вб;ш:ш нолюсов
g = 9,83 .11/сек2, а на экваторе - 9,78 .ч/сек2. l!оэтому
в качестве основной единицы в системе СИ принята
един ица массы тела (кг) , которая не и зменяется в любых
условиях, тогда как вес тела за висит от ускорения
силы притяжения. В тех же случаях , когда надо под­
черкнут ь, что говорится не о массе , а именно о весе,
его обозначают к гс (килограмм-с ила).
«П озвольт е,- скажете вы .- Давайте взuесим на
Земле кусок мета лла на весах с ги рями ; пусть он весит
ровно 1 кгс. Затем полетим на Луну вместе с этим куском ,
ги рями и весами и взвеси�� там . Что же, он будет там
весить меньше? » Да, и на Луне весы будут в равновесии ,
вес куска металла 11 ги р11 в 1 кгс будут равны друг другу.
Взвешива я на чашечных весах с гирями , мы на самом
деле измеряем не вес тела, а массу, сравнивая
вес тела и вес ги рь. Вот если бы мы взвешивали кусок
металла на пружинных весах, то на Луне его вес ,
т. е . сила , с которой он растянул бы пружину весов,
была бы в 6 раз меньше . Соп роти вление пружины растя­
жению не за висит от ускорения силы тяжести , а 011 ре­
деляется тольк о св ойств ом материала. Итак, на чашсч-

ных весах нельзя оп ределить вес тела. П росто мы при­
выкли употреблять слово «вес» вместо слова «масса» .
Э ти понятия надо уметь различать и четк о знать , что
такое вес и что такое масса . Вес - это сиJ1а, с которой
Земля притягивает к себе тела различной массы . В си­
стеме СИ вес (силу) измеряют в ньютонах . Uec массы
в1liгнаЗемлеравен9,81п,наЛуне-1,5п.l\огда
обы чно говорят, что тел о весит 2 кгс , это значит , что оно
nрптягивается к Земле так же, как и гиря массой в 2 кг.
В физическ их l'диницах веса системы СИ оно весит , т. е.
nр1пя· гиваетс н к Земле, с сил ой в 19,62 н.
11;л-1
1
<��;:i�;J:��<:·.·���"_::�.�:·
, ___:- ·- -..
..:
:
.-. -
·
,;:
l3ерпс�1с н к эталону килограмма . Поч ему не п.ри­
внш1 д.'IЯ него :к·ак ой -либо естественный эталон, напри­
мер массу углеродного атома? 11 ринята же он а в физике
за единицу атомной массы элементов , и они измеряются
ею с точностью до 10-1 2 • Оказывается, что взвесить лю­
бой ато�1 с помощью атома углерода ученые могут с
величайшей точн ост ью , но взвесить сам атом углерода
или другой атом пока нс могут. 1\азалось бы , можно
оч ень точно взвесить на весах кристалл алма­
за (ведь он состоит из чистого углерода), со­
считать число атомов в нем , высчитать таким
об разом вес одн ого атома 11 оп ределить эталон
ки,1ограмма числом атомов углерода , как оп­
ределпш1 длину метра числом световых волн.
Но точно сосчитать числ о атомов в кристалле
пока пе уда ется. Число Авогадро (6 ,0248 · 1023),
показывающее , сколько а томов содержитс я
в гра�ш-атоме как ого-либо элемента , извест­
но пока еще с точностью не больше одн ой
стотысячной. Такая точность для эталона
недостаточна .
Е;\июща вре�1ени - секунда . Эта едини­
ца , как уже говорилось, родилась в Вавило­
не. И до недавнего времени, как и 6 тыс. лет
на зад , ее оп ределяли как 1/86400 часть сред­
них солнечных суток - времени оборота Зем­
ли вокруг своей оси .
ВСЕМУ МИРУ - ОДНУ 1\ШРУ
с ек унды уточнено. За естественный эталон сек у11;1ы
принята длительность тропическ ого года - так 11а :1 ы­
вают астрономы промежуток времени между весенн11 м11
равноденствиями ( 23 ма рта ). Ради еще бол ьшей точ­
ности выбран определенный тропический год, меащу
весенними равноденствинми 1899 и 1900 гг" и при­
нято , что в том ГОдУ соде ржалось :3 1556925,9747 Сl'­
кунды . Точность определения сеI\унды таким образо}I
достигает одн ой стомиллиа рдной .
Практически время измеряют с помощью хро­
нометров , сверяемых по сигналам точного врсмt-1111 ,
которые передаются по радио. Э ти сигналы подаются
при помощи точнейших ква рцевых часов , в которых ис­
пол ьзовано св ойств о кварцевой пластинки, вырезанной
из кристалла горного хрусталя: пластинка эта совер­
шает в секунду строго оп ределенное числ о колебаний -
это очень точный ма ятник . l\варцевые часы обыч но
устанавливают в крупнейших обсе рваториях, так К<!К
:эти часы приходится сверить с временем , в к ото рое
Земля завершает годовой об орот вокруг Солнца . Еще
точнее кварцевых изобретенные совсем неда вно атомн ыl'
ил11 молекулярные часы . В них использовано свойство
возбужденных атомов цезия или молекул аммиа ка
совершать н еизменное числ о колебаний в секунду.
Единица силы электрического тока - ампер . Зна­
чение, или эталон , этой единицы уста навливается на
основе отк рытого Ампером фундаментального закона о
взаимодействии электрических ток ов , протекающи х
по параллельным проводник ам. Ампер - это сила тока ,
который ,
прох одя по двум па раллелы1ым провод1111-
кам, распол оженным в метре друг от друга , вызывает
между ними силу притяжения, равную 2 . 10 -1 11 на
каждый метр проводов . Для воспроизведения эталон­
ного тока в 1 а применяют токовые весы (рис. 7).
Ток пропускают через две катушки: одн а из и.и х нс11 0;1-
вюкна , а другая прик реплена к коромыслу точных
аналитических весов . Подвижная катушка может втя­
ги ваться внутрь неподвиmной,когда через них пропущен
ток . Силу втя гивания можно оч ень точно измерип"
уравновеси в ее весом 1· ирь на другом плече ко1ю­
мысла весов . Определ енный таким образом а мnер не
нуждается в естественном эталоне, так как он установ·
лен пос редством един иц длины и силы.
Точные 11сс.1едования показали, однако,
что Земля вращается вокруг св оей оси нерав­
номерно и замедл яет свой оборот па 0,002 се­
кунды в столетие. Из-за этого в величине се­
кунды появлрется неопредел енность до одной
десятимиллионной. В сист еме С И значение
БАТАРЕЯ
Рис. 7. Токовые весы . По обмоткам двух катушек (1 и 2) , встаn.1ен­
ных друг в друга , течет ток. Катушка 1 подвешена к коромысду весо11 :1.
Силу, втягивающую катушку 1 в катушку 2, уравновеши вают ве­
сом гирь 4. Токовыми весам и градуируют ам перм етр 5, которым затем
будут намерять силу тока в любых других эл ектрических цепях.
627

СПРАВОЧНЫR ОТДЕЛ
Конечно, можно было бы определить единrщу силы
тока (ампер) или единицу количества электричества
(кулон) естественным эталоном - зарядом электрона .
Но опять-та ки заряд электрnна (или число электронов ,
составляющих I\ улон) известен еще с недостаточной
точност ью, чтобы его можн о было принять за эталон
единицы в системе СИ. 1 е = 1 ,60202 .10 -1 9 к. Взаимо­
действием катушек с током можно определить ампер
так же точно , как оп ределены эталоны длины, массы
и времени .
Единица измерения температуры - градус термо­
динамической шкалы Кельвина . 1\ельвин - английский
ученый , установивший значение абсолютного нуля тем­
ператур. В шкале 1\ельвина абсолютный нуль - 0°К .
Это наинизшая температура . Если бы ее можно б ыло
достичь , при ней прек ратилось бы движение всех ато­
мов и молекул. Термодинамической эта шкала назы­
вается потому, что и;�мерение температуры в ней произ­
водится на основании те рмодинамических законов со­
стояния газов . Согласно одному из этих законов давле­
ние идеального газа п ри неизменном его объеме проц ор­
ционально его термодинамической температуре . Как
н аиболее идеальные для измерения температуры под­
ходят газы гелий и водород. Термодинамическую тем­
пературу измеряют гелиевым 1:1ли водородным термо­
мет ром , оп ределяя давленlfе газа в замкнутом неиз­
менном объеме , принимающем температуру измеряемо­
го тела .
Д ля практическ их измерений температуры поль­
зуются жидкостными или электрическими термометра­
ми, шкалой и градусами Цельсия. Градус Цельсия в
точности равен градусу Кельвина , но в шкале Цельсия
:ia 0°принята т емпература тающего льда при нормальном
атмосферном давлении 1 ,018 бар , а температура кипе­
ния воды при том же давлении принята за 100°Ц .
ll шкале Кельвина 0°Ц соотв етствует 273,15°К - на
одну сотую градуса ниже , чем температура неизменно­
го сосуществования всех трех фазовых состояний воды­
льда , жидкости и паров - 273,16°1\ . В жидк остном
термометр е изменение температуры определяют по изме­
нению о бъема жидкости (ртути , спи рта), заполняющей
шарик термометра при его нагревании или охлаждении.
В электрических термометрах (термопарах , термисто­
рах) используется св ойств о некоторых мета ллов или
сплав ов изменять свои электрические характеристики
(термоэлектродвижущая сила , с опротивление) в зави­
симости от температуры . Высокую температуру тел
(пла мени , Солнца , звезд) измеряют, основываясь на
:�ак онах излучения нагретыми телами инфракрасных
или световых волн : чем выше температура тела , тем
J>11c. 8. Схема получения эталона света. 1 - тигель , сделан­
ный ll З окиси тория; 2 - распла вленная платина; 3 и 4 -от­
рашательные призмы; :; и в - фотоЭJ
J
ементы ; 7 - измеряе-
м ый ието•11111к спета; 8 - шкала сравнения.
�28
больше коротк их волн содержится в спектре его излу­
чения.
Е диница силы света - свеча . Это одна шестидеся­
тая доля . силы света , излучаемого 1 см 2 поверхности
затвердевающей платины. Свечение платины при тем­
пературе ее затвердевания (2046°1\) оказалось более
постоянным и воспроизводимым эталоном силы света ,
ч ем применявшиеся ранее эталоны свечи - масляная
лампа Карселя, лампа Гефнер-Ал ьтенека , где горел ами­
лацетат, или электролампы , питаемые строго оп реде­
ленным током .
Д ля сравнения с силой света какого-либо другого
источника, например электрической лампы, свет от
1 см 2 платины, застывающей в тигле (сделанном из ту­
г оплавкой окиси тория), выводится чере;� трубочк у из
той же окиси тория в оптическую систему сравнен ия
(рис. 8).
Для измерения угл ов введены две доп олнител ьные
еди ницы - радиан и стерадиан . Ради аном измеряют
плоские углы. Это угол , опирающийся на дугу ок­
ружности , равную по длине ее радиусу. Стерадиан ­
единица измереJIИЯ телесного угла - равен телесному
углу с вершиной в центре сферы и опирающемуся на
участок сферы, равный по пл ощади квадрату радиуса .
Из основных и дополнительных еди ниц выводят
производные единицы для измерения любых физиче­
ских величин. Например, единица скорости - метр
в секунду (м/сек) , ускорения - м / сек 2• Единица силы -
н ыотон - сила , которая сообщает уск орение в
1 м/сек 2 телу массой в 1 кг - кгмiсек2• Единица работы
и энергии - джоуль - работа , совершаемая силой
в1 nнадлинепутив1м,ит.д.Рядважнейшихпроиз­
JJ одных единиц приведен в таблице (на стр . 529).
Иногда резул ьтаты измерений приходится выражать
очень большими или очень малыми числами . Они оди на­
ково неудобны для произн ошения и написания. В систе­
ме СИ признано целесообразным применять кратные и
дош, ные единицы , образуемые при помощи приставок.
Километр - это 1000 �t , киловатт - 1000 вт . При­
ста вка (< Мега>) означает, что кратная единица в мил­
лион раз больше основной : мегаом = 106 ом , мегаватт =
106 вт . При помощи приста вки (< МИЛЛИ>) образуются ты­
сячные доли - миллиграмм , миллиампер. Миллионные
доли единицы образ уются приста вкой (< Мо кро>) - микро­
фарада , мик росек унда . Для об разования кратных , ко­
торые в 10 раз больше единиц, исполь:�уют приставку
(<дека>) ; в 100 раз больше- некто>) (гектоватт , гекта р) ;
в 10 раз меньше -(<децю) (деци метр) ; в 100 раз меньше ­
(<Сант11>) (сантиметр) .
Доли сек унды образуются при помощи приста вок
(<М илли» , «мик ро» , т. е . соответственно десятичной си­
стеме счисления . А кратные сек унде единицы - мину­
та , час , равные 60 и 3600 секундам, -так и не поддаются
десятичной системе.
И ВСЕ ЖЕ ЕДИllИЦ llE ХВАТАЕТ!
Эталоны основных единиц Международной систе­
мы определены с максимально возможной для совре­
менной науки точностью . Система СИ принята как ос­
новная в бол ьшинстве стран мира , в ней есть единицы
для измерения всевозможных физических величин. И
все же их не хватает . Наряду с единицами СИ допус­
кается использование и ряда внесистемных единиц .
Большинство И3 них настош,ко употребительны и при­
вычны, что нет ни пош, :�ы , ни смысла их отменят�" Оuи

ВСЕМУ МИРУ - ОДНУ МЕРУ
ВаисuеАшие проиаводные еди ницы в систеие СИ
Наименование
фи:шческой ве личины
Название единИ11ы
1 Сокращенное ! Чем)' раина новая ед иннцаl
обозначение
в прежних ед иницах
Почему или в чест•• кого
она иазнаиа
метр в секунду
м/смt
3,60 им/•�ас
С корость
Ускорение
метр на секунду
м/ сек2
О, 102 ускорения си.лы
Си .ла
Дав.лен не
Работа, энергия
М ощность
Частота
Количество электриче­
ства
Потенци ал э.лектр11че­
скоrо поля
Напряженность эле к­
тричес кого по.л я
Эле ктри ч еское сопро­
тивление
Напряженност ь
нитного поля
Световой поток
Освещенность
Яркость
маг-
Электри ческая емкость
в квадрате
ньютон
ньютон на квад-
ратн ы й метр
джоу.ль
ватт
герц
к у.лон
вольт
во льт на метр
ом
ампе р на метр
.люмен
.люкс
HllT
фарада
11
п/.•2
дж
вт
l1f
'К
б
6/М
O.'lf
О)•"
Jl,M
Jl,Jt
nm
ф
тяжести ·
О, 102 'КlС
105 дин
10-5 60,р
1,02 · 10-5 те хн. атм
0,981 ·10-5 ф изич . атм
0,752 -10-2 .'lf.м ртут ного
сто.лба
0, 102 'ltl/.'lf.
107 эр�
0,24 ма.лоii калории
6,25 · 1018 дб
1,36· 10-з .,1
1,
.с.
6,25 . 1018 зарядов элек­
трона, 3 · 109 единиц
Cl'C
1/300 единиц сгсэ•
1,256 .10 -2 эрстед
9.tfJl.l см
И. Ньютон
Д. Джоу.ль
Д. Уатт
Г. Герц
Ш. К у.лон
А. Во.л ьта
Г. Ом
по-гречески (<.1
1
амшт,
(<свеча"
по-.латы ни (<Свет•�
по-гречески (<Сверкатм
М. Фарадей
• СГСЭ - элt'ктростатичt'скаи систем а нaмt'11e 1111ii - «сант11метр_-грамм-сек)•нда» .
о чень удобны для измерения различных величин не
только в науке и технике, но и в повседне вной жизни.
Кроме часа и минуты , можно назвать еще единицу
измер ения плоских углов -г раду с (1°=0,017453 ра­
.диаяа). Градусами пользуются в геометрии , навигации,
геодезии . В технике часто имеют дело с мик рона ми
(1 мк= 10-в м). По правилу образования дольных еди­
ниц его настоящее название - мик рометр, но так
· уже давно называют прибор для точного измерения раз­
меров . Поэтому и пришлось оставить этой един ице вне­
системное название.
Длины световых воля, расстояния между атомами
вмолекулахвыражаютв ан г стр е м а х (А=10-10м).
Длина волны желтого излучения натрия равна , н апри­
мер , 5,896 .10-7 м, а если выразить в ангстремах , то
5896 А. Расстояние м ежду атомами углерода в к ристал­
ле алмаза - 1,54 А. Единица эта названа в честь швед­
ск ого физик а Ангстрема .
Д л я измерения массы служат удобные внесистем­
ныеединицы тоя н а-1000кги центв е р -100кг.
Qз4д.э. т. з
Для измерения давления преfла гается удобна я
единица - бар, равная 105 н/м . Единица давле­
.
н ия в системе СИ (н/м2) слишком мала , ею неудоб­
но пользоваться. Нормальное атмосферное да вление
равно t,018 - 105 н/м2• Выраженное в барах, оно ра вно
t ,Ot8 (1ap. Эта единица очень близка и к техни ч е­
екой
а т м о с ф е р е, широко употреблявшейся
ранее : 1 аmм=О,9806 бар .
В атомной физике очень удобна и употребител ь н а
для измерен ия энергии микроча стиц внесистемная еди­
ница электрон-в ольт : 1 эв = t,602·1О-19 дж .
Средняя тепловая энергия молекул воздуха равна
0,035 эв , а энергия , выделяющаяся ори распаде ядра
урана, - около 200 меrаэлектрон-вольт.
Астрономы для измерения расстояний до зве;�д
применяют п а Р: с е к , равный 3,26 светового года , ИJJИ
3,084.1Ql6 м; с·вето'вой rод-путь, проходи­
мый светом за год (9,46-1015 м).
Для измерения . земел �.Н'1/Х площадей употреб11-
те.'1ьяы единицы - гектар (10 ООО .кt) , ар (100 м2).
�29

СПРАВОЧНЫИ ОТДЕЛ
Тепло (зuергию) измеряют в калориях. К а л о­
р и я - тепло, необходимое для нагревания 1 г воды
11а 1°Ц. 1 калория = 4,187 дж. По-видимому, эта единица
скоро будет полностью вытеснена и заменена приня­
тым в СИ джоулем.
Кроме внесистемных, долго еще будут пользоваться
некоторыми своеобразными и интересными единицами.
Лошадиная сила-какойжnвучейока:щлась
эта единица мощности, придуманная Д. Уаттом, изобре­
тателем паровой машины, более 200 лет назад!
По вековой морской традиции скорость кораблей
измеряют узлами. Уз ел- зто 1,852 км/час. Язык не
повернется у моряка сказать, что скорость корабля
36 км/час. Он скажет: 20 узлов.
А летчики совсем недавно ввели для себя новую
единицу скорости - м а х,- равную скорости звука
в воздухе - 334 м/сек, или 1188 км/час. Теперь оче­
редь за космонавтами - у них есть свои единицы
скорости: первая космическая - 8 км/сек и вторая
косм11ческая - 11,2 км/сек.
Перевод 11аибо.1ее употребите-'1ы1а.1х еди11иц старых и специа.1ы1ых систем
иаиере11ив в еди11ицы систе11ы СИ
На11J1
1
ено ­
ван11е.
вел11ч1шы
Длина
Площадь•
Объе111
Скор ость
Еди)ща
изме;J
1
ния
!
ми.крон 1
ангстрем ,
светово\1 �од
парсек
i
астрОНОМllJЧес
,
ка1,1 ;
единица!
·
1 гектар
ар (сот1ш)
литр
нм/•tас
l\18X (CIIOPOfTЬ зву-
'
.ка)
.
.
узел (11
1
,
ор4кой)
Ускорещ1е l ,g-:- ус�орение си­
.
Лы т ���ст11
Сшш
'
1
дина
килограмм-сила
грамм-сила
Работа,
;эрг>.
.
,'' " :· "'.''
энергия· "' · нzс· м"
··
'ватт"Ча� ' ' · \
·.,·
"калория·" ":·
,,.,
· электрон-вольт·
знерrия ·1 атl>мной
Чему равна
этu ед11юща
в с11с.те111е СИ
10-6 м
10-lO М•
9,46°1015 �
30,8·10 15 м
"1 4 95981: 105 м
104 ·.;,t2• .
''
102 .;,i2
0,278 м/сен
34� м/ре1•
0,501 м/сен
1 9,8 1 .;,i/ce1•2
10-Б U
9,81 1t
9;31 .10-з и
·
10-11; · дiJIC
.9,
.
S.1'д:JIC '"
3600;дж
4,187 дж
f,602•10-19 дж,
t,496· 10 -1° дж;"
,,
'··
еД11
·
пнцъ'J' масеьt.' .
:1,1'
:.'\,·
ji'
',·)
Ма�са
,
.
,
'
'·т�нна"'.";
.'
,'. I, ·;1�� нz
.,,•;" центнер ' ·• ''· , . ''
' '100 н�
. ""· ' "уrЛер
'
од'пая'• атом�· 1
·
,�603
•
· 10-27
"'" '·'!
";'Ная е'Дин11Ца.'» ' " ·""-"".
.·, 1
• l'.I ilfaec'ьfl ·:
:
•,:
'('
1
"
f'1jt1,••
'!
·,.
�
... {
1
1'1)'
li;,:
"
(
lt
"
ван11е
ве.11i1ч11ны
Давление
КоЛJjчество 1
злект­
р11Чества
. Потенциал
электри­
ческого
1
ПОЛЯ
, Напряжен­
ность
электри­
ческого
поля
Электриче­
ское со­
противле­
·
'
ние
Единица
· измерею1я
бар на д11н/см2
техн11чес1шя ат11
10
-
сфера 1 нzс/см2
ф11з11ческал атмо­
сфера ( 760 мм
ртутного столба)
1 мм водяного
столба
ед1ш11ца СГСЭ
заряд электрона
единица СГСЭ
киловоль,т/см
единица СГСЭ
единица СГСЭ
. ЭЛектриЧе­
ская ем­
.
кос;ть
1 сант•шетр
п11к�фарада
'
·наПрnжен-
. ность 11
1
аг­
.,
н11тноrо
поля
\.1 !
эр'стед
'
Чему равна эта
единица
в системе СИ
105 и/м2
0,1 и/м2
9,81·104 1t/м2
1,018·105 1�;м2
9,81 1t/м2
1 3,33 .10
-1° н'
1,602·10-19 н
300 в
105 в/м
30000 в/м ·
9.1011 ом
•
'•
.J
'·
'
1 1,11.10-12 ,ф.
10-12 ф �
'1
79,58 а/м (на .ви-
ток)
·'

ЧТО ОЗНА 11АЛИ СТ..\РЫЕ Eг�llHllЦЫ
До введ ения метрической п Междуп ародиой с11стем
измерения в разл ичных страиа х существовали свои ,
нациоиал ьные единицы и системы измереиия , узаконеи­
ные государственной властью . Разбират ься в них инте­
ресно не только ист орикам , 1-шждuму интересио , 1шк
возникал в этн единицы .
На заре человек ждал восход солнца , и, как только
показывался его краешек , он вста вал и шел навстречу
е му, по ка оно 110лнuстью не подннмалось над горизон­
том . Пройденное человеком за :это время расстояние на­
зывалось стади ей. В разных странах стадии немно­
го отличались, но все ж е были примерно одинаковы:
в Вавилони11 стадия была равна 194 м, в Египте -174,5м,
в древней Греции - 185 At. М еста , где проводились
соревповапил атл етов и бегунов, размечались стадиями,
и от :этого пошло назва ние - стад11011 . Впрочем , мы
пол ьз уемся и самим словом «стад11я», обозначал им
:этап развития какого-либо процесса .
Некоторыми еди ницами люд1r пользовались еще
в недалеком прошлом - вс его 50-100 лет назад. Знать
их необход1шо , потому что они часто встречаются в ли­
тературе - русской,
ев ропейской,
американской.
Вспомн ите хотя бы «20 ООО лье· под водой» Жюля Вер­
на или «4;)1 J по Фаренгейту» Рея Бр:цбери. Произве­
дения литерат уры - не учебники , в н и х не заменишь
национал ьные единицы на междуна родные. Встречаясь
в :этих произведениях с прежними ед иницами измере­
ния , хочется сравнить их с привычными нам. Верста ,
туаз, лье - скол1,ко :это мет ров или километров?
Вот какшш бы ли, например, старые росснйскпе
меры: вверстебыло500саженсй,всажени-три
аршииа,в аршине-16вершков. 1вершок
равен 4,44.5 c.i1. Четы ре вершка соста вляли 11 я д ь-
19,98 см.
Аршин равен 71 , 12 см, сажен ь -
2,133 м, верста - 1,066 к,ч . В 1709 г. Петр
Великий постановил принять за :эт алон аршина ан­
гл ийский д ю й м. Он издал указ: в аршине должно
быть 28 английских дюймов . С тех пор русские меры
стали соизмеримыми с ан глийскими дюймами, а дюйм -
это 2,54 см. В России было введено еще десятичное деле­
ние дюйма: в дюйме 10 линии по 2,54 ArA1, в линии 10
точек по 0,254 мм каждая. Основной мерой площади
землибыладесятина-1,09га. Наиболеечасто
встречающиеся меры объема: ведро - 12,3 .л., mтоф-
1,23 .л.. Русская мера веса - ф у нт - равна 409 г.
Вфунтебыло32лота, в лоте-3 золотника
по 4,26 ?. Всего в фунте 96 зоJrотников . 40 фунтов состав­
ляш1 п уд- 16,4 кг. И до сих пор у нас урожай зерна
чаще всего измеряют в пуда х.
В литературе могут встретиться ста ринные еди­
ницы веса , д о сих пор применяемые специ аJшстами.
Мерой массы (веса) дра гоценных к амней служит
к а р а т. Он равен 0,2 г. Слово это арабское, означает
оно - стручок рожкового дерева, семена которого слу­
жили в глубокой древности мерой веса . Для взвешива­
ния лекарств в аптеках существует целая система еди­
ниц. Наиболее употр ебительна из них - г р а н. Он
равен 0,062 г. В прошлом веке :это была самая малень­
кая единица веса , и потому она даже вошла в поговор­
ку, например: «ни грана правды�>.
Широко распространена в мире британская си­
стема мер . Единица длины в ней - я р д (0,914 м).
Ф у т (по-английски «ступня ноги») равен 30 ,49 с м.
В футе 12 дюймо в по 2,54 см..
Британские
единицы мер были установлены
еще в сред­
ние века , и тол ько в 1965 г. английский парламент
принял решение перевести все измерения в королевстве
34*
ВСЕМУ МИРУ - ОДНУ МЕРУ
в метри ческую систем у. От сред них веков в Апl'лии
пока останется слож ная денежная система . Свое­
образны в Англии единицы измер ения больших рас­
стояний . Есть миля сухопутна я и морская . С у х о­
п у т ная миля равна 1,609 км, морская-
1,853 км. Морская мера скорости - узел , :это одна
морская миля в час. Британскиii фунт
(0 ,453 кг ) содержит 16 унций 1ю 28,35 г. Британская
тонна равна 2240 фунтам (1016 кг ) .
Своеобразна 11 применяемая в Англии и в США
шкала температур Фаренгейта,по­
явившаяся в 1715 г. Фаренгейт - один 11з первых
изобретателей· знакомого нам жидкостного термометр а.
За нуль градусов своей шкалы он принял темнературу
смеси льда с нашатырем (хлористым аммонием), думая ,
что :это наинизшая тем пература на Земле. По шкале
Цельсия - :это минус 17, 7°. За вторую точку шкалы
Фаренгейт принял температуру тела здорового человека,
приписав ей значение 96° . По шкале Цельсия - :это
3 7 ,3°. Перевести тем пературу из градусов Фаренгейта
в шкалу Цельсия можно по формуле
tЦ0 = +(Т0ф -32);
Т0Ф =i-t0Ц-f-32.
0°Ц соответств ует 32°Ф ,
воды (100°Ц) соответств ует
градусный мороз в расска зах
минус 62°Ц .
температура кипения
212°Ф . Восьмидесяти­
Джека Лондона - :это
Редко, но встречается шкала Реомюра.
Перевести ее в шкалу Цельсия просто : надо число гра­
дусов Реомюра умножить на 5/4• 0° Р совпадает с 0°Ц,
тем пература кипения воды по Реомюру 80°Р=100°Ц .
Старинная французская мера длины т у а З=
=1,97 м; величиною она довольно близка к русской са­
жени. Л ь е - единица измерения больших расстоя­
ний - равно примерно 4,5 к." . На ровной местности это
соответствует расстоянию до видимой линии горпзонта .
В :этой статье мы рассказали о единицах измер ения­
подробнее о современных и коротко о ст арых 11 старин­
ных . С развитием науки людям придется и:3учать и и з­
мерять величины , характерные для новых физических
явJ1 енuй , и пр1щумывать для :это го новые единицы .
Например , пр1щумали,
.как измерять ко.1шч ество
информации, которую вы получили, прочи­
тав, например , :эту статью . Информация измеряется
в битах.
,
Приходится измерять и, казалось бы , совсем неиз­
меримые величины : интенсивность запаха, силу земJ1 е­
трясен ий и штормов, даже успеваемость учеников.
Пока все это , в том числе и успеваемост ь учен ика , не
измеряют, а оценивают б а л л а ми. Пр11дет время,
и люди на учатся совершенно точ но определ ять, сюi"
жем, успеваемость в единицах запомнившейся учени•
ком информации , скажем в мегабитах.
·
А знаете ли вы, ч ем измеряют количество и поле�
вость труда , совершенного человеком? Деньгами. И :эту,
свою роль деньrп правильно вы полняют тол ько в социа­
листическом обществ е, где осуществляется принцип
«каждому- по труду» .
Измеряют и силу взрыв а ядерных бомб __._ в кило•
тоннах и мегатоннах взрывчатки. Вот уж этой «еди­
нице»
пожелаем исч езнуть и забыться как можно
скорее и н авсегда!
Развитие системы ед иниц измерения неотделимо
от развития науки и техники, требующих повыси·ть
точность измерений и точно·сть эта лонов измеритель­
ных единиц. Точные и змерения-одно ив основных
средств науки в открытии неведомых еще тайн и зако­
нов природы.
.' ·1
•

СПРАВОЧНЫЙ ОТДIШ
РАЗБЕРЕl\'IСЯ
IJ РАЗМЕРАХ
Uэтомтомеивдру­
гих тuмах :11щ1ш;10нед1111 11ы
не pa:i читали о бесконечно
бол�.
.
шом и бесконечно ма­
;юм, о гигантском 11 кро­
ше чном: о з11еадах-карш1-
ю1х и гнга11тс1шх 11одорос­
лнх, о гигантсю1х белковых
MOJJCJ\YJ!aX И HllЧTOЖllЫX Пbl­
JIИH/iil X , о громадных кос­
мичес1шх просторах, мел�.
.
­
чаiiших 11 11 ру сах 11 о нево­
обра:шмо ма.' 1е11 �.
.
к11х э;1ект­
ронах. Н:ак 11се <1то ео11ос­
та11ит�.
.
друг с другом? Что
бо;1ы11е че го 11 но скол�,ко
pa:i?
Да наi1те щшедем норя­
док. Рассташ1м вее нредме­
2
l:IOO
1
��
'
'::
о.
"'"
1')
.
.
.
АСТЕРОИд ЭРОТ
ф J:IQ'o
ты мира 110 ранжиру. 1Зот
СР(ШЯ рисунков. Н<1 исход-
11ом рису111<е - нуJ1евом -
1·;1аз чеJю11ош1, он будет на-
1ш1м м<1ешп1бом. Мае.штаб
нринято выражать от110111е- !
11ием р<1:!Мlо'ра и:юбраже11ия �
к дeiicтiштe.'Jl>llOMY ра:�меру. о •••••
Мы ус;1011110 11rmм!.'M, что ну- о
лс11ой р11су1ю1\ нзображен � 11
1
•••
11 масшт11бе 1: 1. С человс1щ
мы нача;1н не нотuму, чт о
че;1011е11 центр Bcem�1111oii,
а ПОТОМУ, ЧТО МЫ ('аМН- .'IЮ­
ДИ, мы изучаем 11рпроду,
чтобы ис1ю.r11,;юват1, ее 11 с.во­
их интерес<1х, вот 11 н1н1-
меряем все на свете к себе.
А оценку размерам нрuиз­
нодит 11ме11110 rJ1aз.
На рисунке 1 масштаб
умею,Ш!.'11 11 десят�.
.
раз
(1:10) - ;iдcei.. ruлова чеJ10-
век<1. На р11су1ше 2 - uееь
чело111ш. Его л1111eii1шii p<t:i­
мep 11р11мерно в 100 раз
боJJьше ш111еii1юго ра:�мера
ГJ1аза. Масштнб рнсунка
1:100. На р11су11ке 3 масш­
таб - 1: 1000, чело11ек еще
виден, но с трудом умести­
л ось дерево срсд1111х рааме­
ров. На рисунке 4 масштаб
снова умещ,шен 11 десять
раз (1:10 OUO): тут и дерено
еле разглядишь, зато поме­
стилос�
.
. одно из самых мас­
с1ш11ых сооружений че;ю-
11е11а - еrrшетская пирами­
да. А те;1евиз11011uая баш­
ня, та, что строится в Мо­
скве у Оста111ш11ского пру­
да, не помеетилаеь целиком,
верхушка ее 11ышла за о3-
рез.
532
ЧАСТЬ МИРА ГАм".т.ик
1:10
�
"
о
,.,.,
Q IIOOO
я(I
0 l:IQOтыG
:1
ЭТНА
�
r<)

Принцин ясен: от рисунка к р11сунку масштаб
уменьшается в десять раз (на один порядок), и в поле
зрения нонадают предметы в десять раз крупнее.
На рису1ше 5 изображены Крьшсю1е rоры 11 вуJ1кан
Этна. На рисунке 6 - гора Джомолунгма и самая ма­
ленькая 11J1а11ета солнечной системы - Эрот. На ри­
сунке 7- l\рымсний полуостров и остров СициJiия. На
рисунке 8- Jlyнa почти цеJ1иком. На рисуинах 9 и 10 -
планеты. На рпеунке 11 - Солнце, затем звезды-гиган­
ты, но ДJIЯ рнсунна 15 зве:щу не nодбере111ь, на нем изо­
бражена наша СОJШечная CHCTIOHI.
ДаJ11,неiiшие рисунки зашшают системы небесных
те. •1 : дuойные зве:щы, звездные ско11ле1111я внлоть до
самоrо громадного - гигантсной с1111ральной галак­
тнки вроде нашего Мле•шого Пути (рис. 23). Затем -
расстоянне до ближайших гала1;пш, скопления галак­
тик н все, что видно с 1юмощью силы1еiiших телеско­
нов. Все это пазывuется шщимой частью Метагалактики.
Рад11отелес1юны помогают пронпннуть несколько
даJ1ьше 01пичесю1х зерналы1ых телескопов, но и радио­
мир умещается на рисунне 28, масштаб которого
1:102в. ю2в - это. единица с двадцатью восемью нулями.
Что сJ1е11ует изобразить на рисунне 29, наука пока
еще 11е :111ает.
I3ер11емся к глазу человека и 11роделае�1 путешест­
вие в прот111101юJюжном нанравлешш - в мир малых
величин. На этот раз мы от рисунка к рисунку будем
увеш1ч1шать маештаб в 10 раз. На рисунке 1 весло-
1югий рачок цш;лон, который раз в десять меньше глаза.
Для рнсрша 2 уже не 11а111Jюс1, предмета, видимого
неuооруженным глазом, адееь пришлось поместить
амебу. Между этими рисунками проходит важный
порог, который чеJ1овечество не могло переступить до
конца Х Vll в.
-
грашща во:�можностей человеческого
зрения. Рачков на11111 предки виделп все, амебу
до Jlененгука не n11дел 1111кто. Микроскоп позво­
JIИJI нерейтп этот барьер, 1101>азал 11ю1 ш1р клеток:
ОДНОКJJеТОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ 11
РАЗБЕРЕМСЯ В РАЗМЕРАХ
ре - положительное ядро, на перифер1ш - орбиты
отрицательных электроиов. У ученых нет уверенно­
сти, что электроны движутся именно по таким орби­
там, да и размеры ядра на само�� деле значительно
меньше. Его надо было бы нзобразитr, мельчайшеii
точечкой.
Для рисунков от 9 до 12 нет соответствующих
предметов.
Ядро атома, иаображешюе как совокушюсть ну­
клонов на рисунке 13, в 100 тыс. раз меньше самого
атома.
Мы не изображаем электроны, мезоны и другие
элементариые частицы потому, что их строение еще
неи:шестно достоверно, а следовательно, 11 раамеры их
�югут быть лишь весьма предположительными.
Мы ограничиваемся рисунком 22. На нем изобра­
жено сечение самой загадочной из и:шестных ;темен­
тарных частиц - нейтрино. Впрочем, нельзя утвер­
ждать, что у нейтрино именно такие раз�1еры. Выяс­
нено лишь, что в таком се чении :1та частица вааимо­
дейетвует с веществом.
Все эти рисунки наглядно показывают раамерпые
соотношения предметов. Например, бактерии и бакте­
риофаги изображены на смежных рисунках - это зна­
чит, что бактерия в десяткп раз больше бактериофага.
Вирус (бактериофаг) во столько же раз меньше чеJJо­
века, во сколько раз человек меньше Земли. ГаJ1актиы1
боJ1ь111е Солнца на 12 порядков, на столько же Солнце
uoJ1 ыuе циклона.
Ряды этих рнсунков полеаны пе тош.ко для сран11е-
1111й, нужны они и для размышлений о природе в целом,
они подс1\азывают недоуменные «почему», на которые
наука не всегда способна ответить.
Главное вы уже заметили. От рисунка к рисунку
нам приходилось �1енять не только масштаб, но и тему.
Люди бывают рааного роста, но нет ни одного карлика,
который мог бы втиснуться в рисунок 1, 1111 одного
циклсп
клето1< орrа1111ама, 11:юбра­
же1111ых на р11су11ках 3 11 4.
И снова барьер - почти
сто лет наука топталась
перед нш1, - барьер днф­
ракцнн. Нел1,:ш с 1юмощ�.
.
ю
световых лучей видеть то,
что ме111.111е длины их 11ол-
11ы. ТоJ11,ко 11ерейдя от ви­
димых J1учей к 11евидимы�1,
от светоных воJIН к :мектрон·
ным, наука 11род111111уласr,
в ееред11не нашего века еще
на одну клетку, сфотогра­
фирова.�а то, что и:юбраже­
но на рисунках: ::i - онрус
11 6 - бо:�ыную �юлекуJ1у.
Между рнсунка�ш 6 11 7
nроходнт барьер сегодняш­
него вндешш. J\альнеiiшне
рису11ю1 состанлены на ое-
1ю11а111111 косненных данных,
-4
<
:с
о..
.
"'
s
,.
.
t(')
& 10 TblC.PI\�
,.
�.
8
100 тыс .,.,�
".
'Q
r.i)
-6
:�
ьлкнrи"
-8 ••
добытых опытами и 11р11бо­
рам11,
которые пе дают
изображение, а измеряют
свойства:
электрические,
маг1111тные, э11ерг11ю, ско- ..
.с
рость, силу удара, нроч-
,,.,
ность и т. д.
IIa рисунке 8 условно
изображен • атом: в цент-
-АТОМ
ьАкнrиоФАr
ьfЛKOM'il МОЛЕ.КУМ
·
13
•
..•.
·····�
•
·,:::;·
...
.
..
ЯДРО АТОМА
-21
�o
J
0PA3
':'
о
Q
НЕЙТРИНО
533

СПРАВОЧНЫИ ОТДЕЛ
ги ганта , который не выглядел бы
жалкой черточкой на рисунке 3.
И на этих рисунках мы должны
были изобразить не людей , а что­
то другое : дерево, гла з. Может,
следоваJю повсюду изобразить жи­
вотны х? Да , вместо дерева можно
было бы нарисоват1" например, ки­
та, но для рисун ка 4 не нашлось бы
знеря, достаточно крупного , чт обы
стоять рядом с пирамидой. А для ри­
сунка 5 не нашJюсь бы и здания
подходящего , по величине сравнимо­
го с горами . У всякого класса пред­
метов ок а:о�а лись свои размеры - от
СИХ И ДО СИХ.
Особенно резко видны границы ,
если мы распол ожим предметы не п о
размерам , а по массе , как это сдела­
но на таблице, помещенной на этой и
следующей страницах. Так как масса
связана с объемом , а объем пропор­
цион ален кубу размера, здесь каж­
дая ступен ь означает увеличение не
в 10, а в 1000 раз. Нулевая ст упень
принадл ежит чело веку, здесь - пред­
метысмассойот1кгдо1m.11гля­
дите , что получа ется : для звезд­
две ступен ьки , для молекул - две ,
для атомов - одна, для жив ых су­
ществ - девять ступенек, но у каж­
дого типа своя ст упенька , звери -
н а трех ступеньках, птицы - на
двух, бактерии - на двух, но го­
раздо ниже и т. д.
В общем-то табшща масс очен ь
сходна с таблицей линейных раз-
11сров . Впрочем , есть и различия .
Например , в J1 инейных размерах
СоJJнце и со лнечная система отли­
чаются резко - на четы ре порядка .
На таблице же масс Солнце и сол­
нечная система сливаются , потому
что массы их почти одинаковы .
В Солнце сосредоточено 99,8% массы
всей системы. То же и с атомом . На
таблице масс атом и атомное ядро
сли лись, потому что в ядре сосре­
доточено более 99,9% массы, а в
ряду рисунков они разделены че­
тыр ьмя порядками , тa it как по срав­
нению с атомом ядро-все равно чт о
рачок по сравнению с деревом.
Только не делайте скороспелый
вывод , что атом - крохотная пла­
нетная система . Они сходны, но и
1О
,"
...
..
несходны , как и все в природе сходно и несходно . Сход­
ны силами , их образующими: электростатическим при­
тяжением в атоме , гравитационным тяготением в
космосе. Но ядро состоит из десятков или сотен ну-
1шо нов и совсем не похоже на Солнце, сл ожившееся
из 1056 атомов. Ничего нет общего и между плане­
той и электроном - частицей со свойствами волны .
Интересно , что из несходного материала с по­
мощью подобных сил природа может слепить внеш не
сходные предметы.
Рассматривая рисунки, вы заметили, наверное, что
ряд гигантов о каза лся гораздо длиннее ряда карликов .
Казалось бы, в гл убппы человек проникает медленнее.
534
На таблице масс та1юl1 диспропорции нет, там чел овек
ока:Jа лся почти точно в середине: 17 стуненей вверх ,
17 - ВНllЗ.
Произошло зто за счет самого ни:о�а , где на таб­
лице масс нес1юJ1 ь ко стуненей занимают :электро­
магнитные волны. На рисунках пх нет, потому что нет
ясно сти , каков размер волны . У волн есть дл ина - рас­
стояние между дв умя гребн ями , но по отношению
к фотонам нет никакой уверенности, что д.Лину там
можно понимать в прямом размерном смысле, что там
вообще есть гребни и расстояние между uими .
Н о даже если бы мы изобразили на рисунках длину
волн, не размышляя, что :это такое, получился бы

lт
11<.г
lr
lмг
к:56
102
�к)s
��&
�КJ
�к52J
�
о
-1
-)
-4
-6
-7
-8
-9
Зе>ЕРН
nт11u.1.1
рЬ.1�\.1
РАЗБЕРЕМСЯ В РАЗМЕРА)(
У каждой груПпы Предметов - CIJOИ
этажи, свои квартиры . И соответст­
венно по разным этажам и кнартнр ам
распределяются нау1ш. На самом
верху, под «небом» ,.работает астроно­
ми'я : на средних ступенях - сфера
действия биологии и .геологии. Всего
пять ступеней - две рверх и две вниз
от человека - завоевала техни ка .
Сооружения и 11зщJл11я н ашпх py1t
все еще меньше гор; и больше пес-
чинок.
.
162
�·
@+ 18}8 3А.ММС
@ 18,6 Э/\.МШ
Са мый ш1з таблиц ы-фунд амент,
основу основ- изучают физика 11 хи­
мия , причем владения химии uачи­
наются не в самом ·низу, а тол ько
на минус девятой ступени, где из
атомов образуются .. сложные соору­
жения - молекулы. Одна ст упен ь
принадлежит химии, но уже на сле­
дующей ступ ени из молекул начи­
нают возникать еще· более сложные
сооружения : в мире нежи вого - кри­
сталлы , в мире ЖlfВОГО - 1шр усы .
. Но так как все вещества и все су­
ществ а состоят из ·
· х имических сое­
дшrений, так как ·и в живой и в
не;кивой природе идут химические
процессы , х имия простирает свое
влияние на много ступеней вверх:
через биохимию - на живое и чере3
геохимию - на нежив ое. Влияние
могуществ енной химии заканчивает­
ся тол ько на десятой ступени - в
мире горячих солнц. Там из-за вы­
со кой температуры молекулы раз­
рушаются. Молекулам конец - 11 хи­
мии конец.
Гf<ММf<-АУ�И
е
Э/\tКПОН 9. 10-�&
ГАММА ·АУ'IИ
rtHТГttlO&bl
Уll�тrлфиолповыЕ
С8ЕТ
Сфера влияния физики еще об­
ш11р нее . Физюш царит на самых
нижних ступенях . Фундамент мира ,
кирпичюш , · из которых
.
построено
все (элемента рные частицы и атомы ),
изучает фнзика. С миром жизни фи­
зика связана через биофи зику, с ми-
ИНфРАКРАСНЫЕ /\УЧИ
1с!
полнейший разнобой: чем ниже оказалась бы волна
в таблице масс , тем выше в таблице объемов . Ведь у
волн чем меньше масса , тем больше длина. Волны света
ока3ались бы на уровне бактерий, волны инфракрас­
ные - возле клеток и амеб , радиоволны рядом с дере­
вьями и башнями ." Лиш нее доказател ьство того , что
понятия, выработанные для мира , который окружает
человека , не подходят для м11кровел11чин . Видимо , масса
в мире волн - нечто побочное.
Окинем еще раз взглядом таблицу масс. Итак, на
одной ступени звезды , на другой --' планеты , полторы
ст упени за11яли молекулы, одну ст упен ь - атомы .
Л =бОООкм
ром неживых тел - через геофизи­
ку, с миром небесных те;1 - через
астрофи зику.
С физикой мы вс: речаемся и п а
семнадцатой нижпеи ступени, и
на семнадцатой верхней.
Естествешю, возникает вопрос:
а что же на сJ1едующ11х стуненях ­
на восемнадцатой , девятн адцатой ,
двадцатой? Надо Ли продолжать
таблицу вверх и внИз до бесконеч-
ности? Что такое эта таблица : схема строения при­
роды или схема наших знаний о ближайшем уча-
сточке природы?
.
Ученые не одинако во отвечают на эти вопросы .
Лстрu11 омы , ведающие верхом таблицы , думают , что
ее можио будет продолжить вверх , хотя з десь мы уже
подходим к границам пространства , откуда до нас
может доходить свет .
Физики же, хо3яева нижних ступеней таблицы ,
полагают , что далеко вниз продвигаться не придется,
что мы уже находимся у самого дна , у основы о снов
материи, многообразной, но неделимой .
•

536
БИОГРАФllЯ XHl\'lllЧECltHX а.11ЕМЕНТОВ
У каждого химического элемента своя биография . Есть элементы , «жизненные пути� которы х
можно очень точно проследить со дня их «рождения» - открытия . Начало биографий других
эдементов теряется в далеких тысячел етиях. Открытие одних элементов ни у кого не вызывало
сомн ений; открытие других пришло после дл инной цепи ошибок и разочарований.
Давайте сделаем перепись «населению> периодической с11стемы элементо в . Сто четы ре хи­
мических элемента расп оложены в кдетках таблицы Менделеева . Сто лет назад их было всего
63. А еще сто летием ранее ученые Щ!сьма нечетко представляли себе, что же следует считать
химическим элементом. В качестве элементо в фигурировали подчас различные сложные вещ е­
ства , соединения . Например , известь, кремнезем , магнезия считались самостоятел ьными элемен­
тами. И тол ько в
.
t 789 г. французский химик Лавуазье провел четкую грань между элементом
и соединение�.
Но что же сл едует понимать под открытием химического элемента? Быть может , выделение
элемента в чистом виде? Нет . Половина элементов периодической системы первоначал ь но бы­
ла известна в виде соединений: проходило немало времени, прежде ч ем уч еные находил и спо­
собы извлекать их из этих соединений. Так, соединение фтора - плавиковая кислота - ста­
ло изв естно в 1771 г. Затем ученые устано вили , что водород в кислоте соединен с незнако­
мым ещ е элементом фт ором . И фтор вошел в с п исок химических элементов. Но чтобы полу­
чить свободный фтор - самый актпвпый неметалл, - потребовал ись десятилет ия. Только в
1886 г. француз Анри Муассан 110J1учил газообразный фтор. Что же считать ист инной датой от-
крыТl!я фто ра?
.
А вот другой рассказ об элементе , которому суждено было «родиться» по крайней мере тр иж­
ды . Это понуляриый теперь и знакомый всем уран. Первооткрыв ателем его считают немца Мар­
тина Кла прота (1789) . Спустя полвека француз Эжен Пелиго выяснил , что его немецкий кол­
лега держал в руках не элемент уран, а всего лишь ок11сь урана . Пел иrо пол учил чистый мета J�л,
но свойства его и атомный вес определ ил неверно. Когда Менделеев стро�ш нериодическую систе-
,
му, он убедился , что уран по своему ато�lному весу должен стоять в третьей группе, но его свойст­
ва к этой группе не подходят . Веря в справедливость открытого им закона, Менделеев сдеJJал
вывод: атомный вес урана должен быть значителыю больше и элемент следует номестит ь в шестую
группу.Так уран стал аамыкающим в таблице элементов . Это было как бы его третьим рождением .
Правда , М артин Клапрот не потерял право называться первооткрыв ателем урана .
В 1912 г. при раскопках древнеримского города Помпеи была найдена фреска из мозаики.
Анали:J краски в этой фреске пoкa:iaJJ слабую радиоактивн ость. Химики выяснили причин у радио­
активности : в состав красок входил уран (около 1 % по весу) . А поздн ее было доказано , чт о
римляне знали окислы урана , применяли пх для окраски стекол и керамики . Закономерно
нредпоJюжит ь, что именно здесь следует искать исто ки биографии урана .
Открытие 104 химических элементо в - это сто четы ре неаыблемые истины. Многие тео­
рии и гипотезы под давлением новых фактов могут меняться , могут быть отвергнуты вовсе.
Но существование 104 элементов доказано со всей возможной научной строгост ью . Можно
синтезировать новые сверхтяжелые элементы , закрыть ста рые нел ьзя . Для науки наших
дней- это аксиома , хотя бы потому, что в таблице Мендел еева все клетки в ста рых границах -
о т водорода до урана - заполнены.
Это не было аксиомой в XI X в. и в течение почти всей первой половины ХХ в. Рядом со
списком 104 химических элементов история науки хранит другой список, куда более дл ин­
ный, - перечеuь ложных открытий эл ементов, печальный и курье�пый реестр ошибок.

БИОГРАФИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
В 1821 г. ш ведский химик Иене Берцелиус открыл новый элемент - тор11 й . Никто из ученых
не усомнился в истинно сти о ткрытия. Усомнился сам автор. Сомнение оказалось полезным .
То, что Берцелиус принял за торий , представляло собой фосфорнокислую соль уже извест­
ного элемента иттрия. Правда , Берцелиус в 1828 г. все же сумел обнаружить истинный то­
рий. А минерал , посл уживший источн иком ошибки, назвал к с е но т и 111 о м (по-гречески это
означает чужая честь) .
Не избежал ошибок и знаменитый английский уч еный Вильям Крукс. Он провозгласил от­
крытие целого класса так называемых метаэлементов . А немец Риха рд Свинне с подобным же
« успехом» о ткрыл тяжелые трансурановые элементы .. . в образцах космической пыли, собранных
в Гренла ндии известн ым полярным путешественником Норденшел ьдом .
Есть среди элементов такие, которые сначала были открыты в атмосфере Солпца 11 звезд, а
уже потом на Зем ле. Это - ге лий и те хнец11й. О существо вании некоторых элементов уч е­
ные могут судить лишь по косвенным признакам . Это тяжелые трансурановые элементы . Ест ь,
наконец, и такие , к о торые вряд ли удастся выделить в свобод110}1 виде , в мало-мал ьски ве­
сомом состоянии. Это - астат и франций . Но все эти элементы , как 11 остальные предста­
вители периодической системы ,- п о лноправные химические элементы , в материальности
которых никто не сомневается .
Авторы открытий элементов в большинстве случаев известны 11 приананы . Правда , француаы
и немцы до сих пор молчаливо о стаются при своем мнении отно сител ьно названия эл емента
71 - последн его редко3емел ьного элемента:
лютеций или касспо пей?
Наука существ ует тысячелет ия , но большинство элементов периодической системы обна ·
ружено только в последние двести лет. Почему один и тот же элемент порой «открывалсю
дважды , трижды , четырежды и более раз? Одни элементы были известны с глубокой древно ·
сти , а другие, которых в земной к оре ничуть не мен ьше , уда.'Iо сь найт11 сравнительно н едавно.
Почему, на конец , сам факт открытия химических ЭJ1ементо в - это всего лишь счастл ивое стече­
ние об стоятел ьств , событие целиком случайное?
Начнем с ответа на последний вопрос. После о ткрытия периодического :Jакона эта случай­
ность была сведена к минимуму. Периодическая система , предскааывая свойства неи:шест­
ных элементов , как бы позволяла программировать их поиски. Всномним , как блистател ьно
о правдались предсказания Менделеева о свойствах «экабора», «экаалюминия», «экасилиция»­
будущих скандия , галлия и германия. Свойства и источники для п о исков доброго десятка неот­
крытых элементов быJIИ предугаданы на основании периодической системы . Немецкие хнмИJ\И
Вальтер и Ида Нодда к еще до открытия рения знали с помощью таблицы М енде;�еева такие
подробности его свойств, как если бы он уже был найден и достаточно хорошо ·изучен . Амери­
канский физик Глен Сиборг вместе с сотрудниками синтезировал большинство трансурапо вых эле­
ментов. И в этих открытиях пер иодическая система была им незаменимой пщющшщей.
Но ведь до того , как появилась периодическая система, 'было открыто 63 химических эл е ­
мента - почти 2/3 известных тепер ь. И уж открытия этих-то 3Лементов , должно быть, навер­
няка с,1учайпы .
И да и пет! Да потому, что ученые чаще всего неожиданно наталкивались на сле­
ды неизвестного элемента в каком-нибудь минерале или соединении . Нет потому, что исто­
р ия открытия химических элементов - это не какая-нибудь оторванная от ЖИ:JШI , ни с ч ем 11�
связанная история . Она нера3рывна с историей всей х1шии. Химия год за годом совер­
шенствовала свои методы иссл едов ания , делала их более отточенными и четкими. Возника.1
1
а
о снова для открытия новых элементов, кото рые для прежних методов оста вались незамеченНЫ)JИ.
Несколько химических элем ентов было и3в естно на заре нашей ц1шилизации . И люди зна­
ли эти элементы в свободном виде. Более того , подавляющее большинство этих э.1
1
ементов в
земной коре встречается сравнител ьно редко ( см. табл. на стр . 539, графу «Распространенность
в природе»).
Прежде всего следует сказать об углероде . Быть может, это первый химический элемент,
с кото рым познакомился человек. Ведь угли к остра - это тот ж
.
е самый углерод.
Затем несколько метал;юв. Среди них прежде всего золото . Знакомство человека с золо­
том прои3ошло , видимо , 6-7 тыс. лет т ому назад. В те отдаленные времена люди знали еще
медь и серебро . Олово, свинец, цинк и сурьма также принадлежат к эле,ментам древности.
Употребление железа положшю начало железномУ, векУ,. И, н акон ец, сера, �поминания о
11•
··
�11>
,• . ".''+lit,
"'
:;
';.
.
587

•\
СПРАВОЧНЫИ ОТДЕЛ
которой встречаются в старинных письменных источниках. Все это древнейшие химиче­
ские элементы - разные по своим свойств ам , по распространенности в земной коре. Одна
ч ерта у них общая. Кроме железа и цинка , они встречаются в самородном состоянии , в
ч истом виде . Эти элементы выдел яли из руд сравнительно легко даже примитивными способами .
Некоторые ученые считают , что человек познакомился с метеоритным железом прежде, чем научил­
ся выплавлять ero пз минералов .
Н о есть на Земле еще шесть элементов (платиновые металл ы) , которые встречаются в само­
родном состоянии: рутений , роди й, палладий , осмий , иридий и платина . Почти все они были
открыты только в прошлом веке. Их месторождения крайне редки. Они очень похожи друг на
друга свойствами и потому встречаются вместе . И чтобы разобраться в этом спута нном клубке
платиновых металлов , понадобилось все искусство химического анализа .
П римитивные методы химического анализа знали еще с давних пор и алхимики. Разлагая
всевозможные минералы и соедпненил, они, бесспорно , держали в своих руках несколь ко элемен­
тов, открытых гораздо позже. Тол ько два элемента - мышьяк и вис мут - были с достовер ­
ностью обнаружены в средние века . Эти э.�ементы действительно были открыты совершенно слу­
чайно .
Ко гда же способы качественного и количественного химического анализа ста ли научны ми
методами и химию� научились определять, из каких элементов состоит тот или иной минерал
,
т огда-то ста ли возможн ыми мно гочисленные открытия новых химических элементов. По край­
ней мере три деся тка неизвестн ых ранее простых веществ были открыты с помощ ью методов
аналитической химии : литий и бе риллий , титан и ва над11й , хром и мо.'Iибден, ююб11й и танта л .
Это произошло за каких-то сто лет: вторая половпна XYIII - первая половина XIX в.
Химики начали изучать газы: так родилась новая область химии - пневматич еская х и­
мия . Загадки невидимой земной атмосферы постепен но ра згадывалис ь. Воздух представилс я
людям в виде смеси газов - газообразных элементо в. Новый метод исследования дал возмож-
1юст ь открыть новые элементы: водород, азот, кислород. Кстати , чем не парадокс: кислород -
самый распространенный элемент на Земле , а стал известен человечеству только в 70-х годах
XVIII в. Вот еще пример закономерной случайности !
Соеди нения натр11я, кал11я , магния , кальц11я люди использовали с давних времен. Но в
свободном виде эти элементы предстали перед у че ными лиш ь в 180 7-1808 гг. Знаменитый ан­
глийский химик Гемфри Дэви применил новый метод исследования - электроли з расплавленны х
солей. И на катоде заблестели крупинки щелочных и щелочно земельных металлов .
Открытый в 1860 г. спектр альн ый анализ поз волил еще дал ьше продолжит ь список извест­
ных хи мических элементов. Яркие спектральные линпи сигна лизировали о присутствии в зем­
ных минералах руб11д11я и цез11я , 11ндия и таллия.
После того как Менделеев разработал периоди ческую систем у эл ементов , стал о ясно , ка­
кие еще элементы предстоит обнаружить уч еным.
в 1895 г. В. Рентген открыл неизв естные лучи . Применени е реuтгеu ов ских лучей на прак­
тике позволило разработать ыетод рентгеноспектрального анализа. Итог: два новых элемента -
гафний и рений.
В 1896 г . Анри Беккерель обнаружил явление радио акти вности. Его исследование п ри-
вело к открытию целой серии радиоактивных элементов: п олония и радия , актиния , радона
и протакти ния.
Так одна за другой заполнялись пустовавшие клетки таблиц ы. И тол ько некоторые из них,
несмотря на уси лил ученых, ост авались «незаселен ными » - клетки 43, 61, 85, 87. И неясно бы­
ло, существуют ш1 элементы тяжелее урана. Все эти недостающие элементы был и получены
искусственным путем (см . ст . «Рождение, жизнь и смерть химических элементов»).
в таблице (стр . 539) указано , кем и когда был открыт тот или иной элемент и п очему
он так называется . Кроме того , д а ны св едения о распространенности химически х э.'I ементо в.
в геохимии вел ичина распростран енности элемента назыв ае т.:
:
я кларк (в честь амери­
канского геохимика Ф. К ларка). Например , цифра 0,01 проти в азота говорит о том , что зем­
ная кора содержит азот в количест ве сотой доли процента по весу. То чные да нные о содер­
жании инертн ых г азов отсутст вуют.

Название элемента 1
1. Водород
2. Гелий
3. Л11т11й
4. Бер11лл11й
5. Бор
6. Углерод
7. Азот
8. Кислород
9. Фrор
10. Неон
11. Натрий
12. Магн11й
13. А.'IЮМИНИЙ
14. Кремний
15. Фосфор
16. Сера
17. Хлор
18. Аргон
19. Кал11й
20. Кальц11й
21. Скандий
22. Т11тан
23. Ванад11й
24. Хром
25. Марганец
26. Железо
27. Кобальт
28. Никель
29. Медь
R«-�11 11 ROl'/l,n бы.i111 отк1tыты х11и11"�скне -."11еие11ты
С11м-
110.11
н
Не
Li
Ве
в
с
N
о
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
р
s
CI
Ar
к
Са
Кто 11 когда открьш
Английсю1ii ученый Г. Кавендиш
в 1766 г.
Обнаружили в солнечно111 спектре ан­
гш1чан11н Н. Локьер 11 француз
Ж. Жансен в 1868 г. На Земле
обнаруж11л ангш1чаю1н У. Рамзай
в 1895 г.
Шведс1шй ученый А. Арфведсон
в 1817 г.
Французский ученый А. Воклен
в 1797 r.
Французсюrе ученые Ж. Г ей - Люс ­
сакиЛ.Тенарв1808г.
Известен с глубокой Д))евности
Английский ученый Д. Розерфорд
в 1772 г.
Шведск11й )'Ченый К. Шееле 11 ан­
гл11йск11й Д. Пр11стш1 в 1768-1774гг.
В виде плавиковой кислоты полу-
•1ен К. Шееле в 1771 г.
Английсюrе ученые Д. Рэлей,
У. Рамзай 11 М. Траверс в 1898 r.
Английсюrй ученый Г. Дэв11 в 1807 г.
Ангш1йсю1й ученый Г. Дэв11 в 1808 г.
Датский ученый К. Эрстед в 1825 г.
Шведс1шй ученый И. Берцелиус
в 1823 г.
Немецкий XllMllK г. БJ)3НДТ в 1669 г.
Известна с глубокой древности
Шведск11й
в 1774 г.
ученый к. Шееле
Английские ученые У. Рамзай и
Д. Рэлей в 1894 г.
Английский ученый Г. Дэв11 в 1807т.
Англ11йс1шй ученыйГ. Дави в 1808 г.
Распро­
странен­
ность в
11рщ1оде
о, 15
0,0065
6.10-4
3 .10-4
0,1
0,01
47,2
0,027
2,64
2,1
8,8
27,6
0,08
0,09
0,045
2,6
3,6
Происхождение назва1шя
От латинского слова (<Гндрогени-
ум>1 - рождающий воду
От греческого слова (<Гел1юс>1 -
Солнце
От греческого слова (<Литос>1 - ка­
мень
По названию 1111111е11ала бе1шлла
От 11ерс11дского слова, о:шачающеrо
бура
(<карбою1ум>1
CattCKJНITCKOГO
значит пылать.
(<уrлерод» иве-
Латинское нааваю1е
ПрОИСХОДИТ
ОТ
слова (<Кра», что
Русское название
депо в 1824 г.
Латинское название (<нит�юге1111 ум>>
происх<1дит от слова (< Нитрум>1 -
сеш1тра
От латинского слова (<0Ксиrен11-
)'М>1 - 1юждающ 11ii кислоты
От греческого слова (<фторос>1 - раз­
рушающий
От греческого слова (<Нсос» � новый
От (<едкого натра», назван11я щелоч11
От лат11нского слова (<Магнезиа>1 -
окись 111агн11я
От латинского слова (<ашомен>1 -
квасцы
От лат11нского слова (<Лапие кре­
манс>1 - кремень
От греческих слон (<ф11с>1 - !'В ет и
(фср0>1 - несу
От санскр11тского слова (<Сира>1 -
светло-желтый
От греческi1го слова «хло1юс>1 - з е­
. 'l е1юватый
От ГJ)еческого слова (<aI)ГOC>I - ле ­
н11вый
От (<едкого кали», назван11я щелочи
От латинского слова (<Калькс>1 - 11з-
несть
Sc Шведский у•1сный
в 1879 г.
Л. Н1шьсон 6·10-4 В честь Скандинави11
Ti Англ11йсю1й ученый В. Мак- Г р е-
гор в 1784 г.
V Швсдс1шй ученый Н. Зефстре111
в 18311 г.
Cr Францрсю1й ученый А. Воклен
в 1797 г.
Mn Шведские )'ченые К. Шееле и
И.Ганв1774г.
Fe Известно с глубокой древности
Со Шведск11й химик Г. Брандт в 1735 г.
Ni Шведс1шii хим11к А. Кронштедт
в 1751 г.
Cu Известна с глубокой древности
0,6
По 11мею1 героя греческой мифо-
лог1111 Титана
0,015 По имею� древнесканд11навскоii
богини красоты Ванадис
0,02 От греческого слова, означающего
цвет, краска
О, 09 От латинского слова (<Магнезиа>1
5,1
От еанскр11тского слова (<Гала>1 , обо-
значающего металл, руда
О, 003 По 11 мени мифолог11ческого злого
духа Кобольда
0,008 По имени мифолог11ческого злого
духа Ника
0,01 Латинское название меди (<Купрую1
происход11т от названия о-ва Ки ир
539

llpoilo,1
1,
:нceuue
ll11auш111e алеме11т11
30. Ц11нк
31. Галл11й
32. Гep1\1111111ii
33. Мышьяк
34 . Селен
35. Бром
36 . Кр11птон
37. Р)·б11д11ii
38. Стршщ11ii
39. :Иттр11ii
40. Ц11рко1111й
41. I111oб11ii
42. Мол11бден
43. Технец11й
44 . Рутен11й
45. Poд11ii
46. Падлад11й
li7. Серебро
18. Кад1\111Й
49. Инд11й
50. Одово
51. Сурьма
52. Теллур
53. йод
:И. Ксенон
55. Цсз11ii
56. Бар11й
57. Ланта11
640
Сим­
во.�
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
у
Zr
Nb
Мо
Те
Ru
Rh
Pd
Ag
In
Sn
Sb
Те
1
Хе
Cs
Ва
La
Кто 11 ноrда отнрыл
Открыт в сред1111е века
Французсю1й ученый П. Лекок де
Буабодран в 1875 г.
Немецк11й ученый К. В11нклер
в 1886 г.
Открыт в средн11е века
Шведс1ше ученые 11. Берце.'ll1ус 11
11. l'a11 в 1817 г.
Франц)·зск11й ученый А. Ба.'lяр
в 1825 г.
Англ11йские �··1е11ые У. Рамзай 11
М. Траверс в 1898 г.
Немецк11е уче11ые Г. К11рхгоф 11
Р. Бу11зен в 1861 г.
Анr.11ийсю1е у•1еные А. 1\рофорд 11
Т.Хопв1792г.
Ф11нск11й ученый Ю. Гадо.'111н
в 1794 г.
Не1\1е11к11й уче11ый М. Клапрот
1' 1789 г.
Ангш1йсю1й уче11ый Ч. Гетчет
в 1801 г.
Шведск11й ученый К. Шееле в 1778 г.
Искусственно по.1уч11.111 11тальян­
ск11е ф11зик11 3. СеГJ)е 11 К. Перье
в 1937 г. На Зем.1
1
е �ю11аруж11ш1
амер11кансю1е ученые Б. Кенна 11
Т. Курода в 1961 г.
Pyccк11ii ученый К. К. K.'la)·c
в 1844 r.
Ангш1йсю1й ученый В. Волластон
в 1803 г.
Англ11йск11й у•1е11ый В. Вол.'Jастон
в 1803 r.
Известно с глубокой древност11
Неме1,к11й ученый Ф. Штромейер
в 1817 г.
llемецк11е ученые Ф. Рейх 11 Т. Р11х­
тер в 1863 г.
:Известно с глубокой древност11
:Известна с rлубокоii древност11
Немецк11й ученый М. фон Реiiхен­
штеiiн в 1782 г.
Французс1шй ученый Б. 1\уртуа
в 1811 г.
Англ11йсю1е ученые У. Рамзай 11
М. Траверс в 1898 г
Немец1ше ученые Р, Бунзен 11
Г. Кирхгоф в 1860 r.
Шведсю1й ученый К. Шееле в 1774 r.
Шведсю1ii )'Ченый К. Моеандер
в 1839 г.
Расп ро­
странен­
ность в
пр11 роде
0,005
0,0015
7-J0-4
5-10-4
6 -10-5
6.10-4
0,031
0,04
0,0028
0,02
0,001
3.10-4
С.11еды
5.10-4
1. 10-7
1.J0-6
1.10-•
0,001
1-10-s
0,004
4·10-5
1.10-в
3 .10-5
7 -10-4
0,05
0,0018
П роисх ожде11ие 1111зваиия
Прш1сход11т от латинского слова,
означающего бельмо 11.11и белый
на.1ет
От стар11нного ш1зван11я Франции­
I'а.11л�1я
В честь Гер1\1а1
1
11и
Русское назван11е (<Мышьяк» про11с­
ход11т от с.тюв «МЫШЬ>) 11 (<ЯД>)
От греческого слова «Се.11ена•• -
Луна
От греческого слова (<бро1\юС•• - зло­
во�1ный
От гречес1юго слова «кр1штос•• -
скрытый
От греческого <•руб11дос>) - те1\1но­
красныii
От назва1111я минерала стронц11а­
н11та
От назва1111я шведской деревушк11
llттерб11, где был найден первый
J)едкоземельный м11нера.11
От названия ми11ерала ц11ркон
В честь м11фологическоii бог11
11
11
Н110бе11 - дочер11 Тантала
От назван11я м1111ерала 1\JО.'1
11
бде1111т
От греческого слова «тех11етос•• -
llСК)"ССТВенный
В честь Росс11и (от лат11нского <•Ру­
те1111а>) - Россия)
От греческого слова (<родон>) - JЮ­
зовый
По назван1110 астеро11да Паллас,
открытого в 1801 г.
От асс11р11йского слова «сарпу»;
символ прш1зошел от романского
11азван11я серебра <<аргентум>)
От греческого слова «кадмейа» -
ц11нковая руда
От с11ней .1
1
11н1111 в спект11е, сво­
ей окраской напом11нающеii цвет
краск11 111�д11го
./111т11нское 11азван11е «станн)'М•• про-
11сход11т от са11скр11тского слова,
означающего твердый
От турецкого слова «сурьме>) - чер­
не1111е
От латинского слова «те.'lдур11С>) -
земля
От греческого слова «1юдос•• - фио­
летовый
От греческого слова «ксенос••, озна­
чающего чужой
От греческого слова (щез11ус>• - не­
бесно-rол)·бой
От греческого слова <<бариС>) - тя ­
же.1ый
От греческого с.тюва «лантаное>) -
скрытый

Назоанне 11.1
1
емента
58. Церий
59. Празеодим
60. Неодим
61. Прометий
62. Самариii
63. Европий
64. J'аДОЛИНl
l
Й
65. Тербий
66. Диспрозий
67. Гольмий
68. Эрбий
6!1. Тулий
70. Иттербий
71. Лютеций
72. Гафний
73. Тантал
7 4. Вол ьфрам
75. Рений
76. Осмий
77. Иридий
78. Плати на
79. Золото
80. Ртуть
81. Таллий
82. Свинец
83. Висм ут
84. Полоний
Снм­
во.1
1
Се
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
ТЬ
Dy
Но
Er
Tu
УЬ
Lu
Hf
Та
w
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
TI
РЬ
Bi
Ро
Кто н коrд а откры.1
1
Шведские ученые 11. Берцел11ус и
В. Хизинrер и немецкий ученый
М. Клапрот в 1803 r.
Австрийский ученый К. Аузр фон
Вельсбах в 1885 r.
Австрийский ученый
Вельсбах в 1885 r.
К. Аузр фон
Выдел11ли 11з осколков деления
урана амер11канс1 ше ученые Д. Ма­
рннск11й, .JI. ГлендеН11н 11 Ч. Ко ­
р11злл в 1947 r. В земной коре
пока не обнаружен
Рас11ро­
стра11ен­
ность в
11рнроде
0,0045
7.10-4
0,0025
Французск11й ученый 11 • .Jlекок де 7 . 10-4
Буабодран в 1879 r.
:Jl родол�ение
П роисхождение названия
По названию
рера
малой планеты Це -
От rреческих слов (<Празеос•1 - блед­
но-з еленый 11 (<д11димос•1-бл11знец
От rречесю1х слов (<Неос» - новый
и (<ДИд11мос•> - бл11знец
В честь титана древнеrреческой мп­
фолоr11и Прометея
По названию минерала самарскита
Французск11й ученый Е. Демарсей 1,2 .10 -4 В честь Европы
в 1901 r.
Французск11й ученый П • .Jlекок де 0,001
Буабодран в 1886 r.
Шведск11й )"Ченый К. Мосандер 1,5- 10-4
в 1843 r.
Франц�·зск11й ученый
Буабодран в 1886 r.
п. .Jlекок де 4 '5.1о-4
Шведский
ученый п. Клеве 1,3 · 10-4
в 1879 r.
Шведский ученый
в 1843 r.
К. Мосандер
Шведский ученый П. Клеве в 1879 r.
Французск11й ученый Ш. !\lариньяк
в 1878 r.
Французский
в 1907 r.
ученый Ж. Урбзн
Датсl\иЙ ученый Д. Костер и ве н­
rерсю1й Г. Хевеши в 1923 r.
Шведский ученый А. Экеберr
в 1802 r.
Шведский ученый К. Шееле в 1781 r.
Немецкие ученые И. и В. Ноддак
иО.Берrв1925r.
,
Аt1rлийск11й ученый С. Теннант
в 1803 r.
Анrлийский ученый С. Теннант
в 1804 r.
Обнаружена в XVI в.
Известно с r лубок ой древности
Известна с rлубокой древности
Анrлийский ученый В. Крукс
в 1861 r.
Известен с. rлубокой древности
Открыт в средние ве ка
Французские ученые М. и П . Кюри
в 1898 r.
8.10-5
3. 10-4
3,2· 10 -4
2.10-4
1.10-4
1.10-1
5. 10-6
1.10-1
5. J0-7
5.10-7
7.10-6
3.10-4
0,0016
2.10-s
3- 10-14
По 11мени финскоrо х11 м11ка Ю. Га­
долина, открывшеrо иттрий
По названию шведской деревушки
Иттерби
От rреч ескоrо слова (<ДИспрозитос•> ­
труднодоступный
В ч есть Стокrольма (старинное наз ­
вание (<Гольм11а•1)
По названию шведской деревушки
Иттерби
От (<Туле» - названия леrендарной
страны на севере Скандинавии
По назван11 ю шведской деревушки
Иттерби
В честь Парижа (древнее название
(<.'Iютец11а»)
В честь Копенrаrена (стар11нное
наз вание (<Гафниа»)
В честь дj\евнеrреческоrо иuфоло­
r11 ческ·оrо rероя Тантала
От назваН 11я минерала вольфрамита
В честь реки Рейна
От rреческоrо слова (<ОСМЭ» - запах
От rреческоrо слова (<11рпд11с•1 - ра­
дуrа
По названию реки Плат1tно дель
Пино в Колумбии
.Jlат11нское назваю1е (<аурум» про­
исходuт от Авроры , что означает
утренняя заря
Происхожден11е назван11я неясно.
Латинское назваю1е с1rидрарrи­
рум>1 - от rреческих слов (1 rид­
рос>1 - вода и c1aprepoc•1 - серебро
От rреческоrо слова (<Таллос» - мо ­
лодая зеленая ветвь
ПроисхожЦение назван ия неясно
От староне�ецко..6 слова, означаю­
ще rо белый металл
в честь п9льши

Прод о лжение
Назван11с э.�емента
Снм- 1
вол
85. Астат
At
86. Радон
Rn
Кто и когда открыл
Искусственно получн.1и в 1940 r.
ученые Э. Cerpe ,
В. Корсон и
В. Маккензи . Обнаружили на Зем ­
ле австри йские ученые Кар.1ик и
Бернерт в 1943 r.
Анrлийский ученый Э. Резерфорд
в 1900 r.
Распро­
странен­
иость в
природе
Происхождение названия
С.1еды От rреческоrо слова <<астатос>) - не­
устой ч11 вы й
7 . 10 -1в От элемента радия
87 . Франций
Fr Французский ученый М. Перей След ы В честь Франции
88. Ради й
в 1939 r.
Ra Фра нцузские ученые и. и П. Кюр11
в 1898 r.
1 . 10-10 От латин скоrо слова (<радиус>) - луч
89. Актиний
Ас Фра нцузский ученый А. Дебьерн 3 . 10-14 От rреческоrо слова (< актис>) - луч
в 1899 r.
90. Тори й
Th
91. Протактиний Ра
92. Уран
u
93. Не птуний
Np
94. Плутоний
Pu
95. Амери ций
Ат
96. Кюри й
Cm
97 . Берклий
Bk
98. Калифорн ий Cf
99. Эйн штейни й Es
100. Фер мий
Fm
: 101 . Менделеви й Md
: 102. Назван ие
окончательно не
дано
103. Лоуренсий
Lw
'
104. Название по­
ка не дано
542
Шведск ий ученый И. Берцелиус
в 1828 г.
Немецкие учен ые О. Ган и Л. Мейт­
нер и ан rл ийt кие учень1е Ф. Содди
и А. Кранстон в 1917 r.
Немецкий ученый М. К.1апрот
в 1789 r.
Искусственно получили американ­
ские ученые Макмиллан и Абель­
сон в 1940 r. Обнаружен в зем ных
минералах в 1952 r.
Искусствен но получили амери кан ­
ские ученые Сиборr, Макмиллан ,
Кеннеди и Валь в 1940 r. В зем­
ных минералах обнаружен в 1952 r .
Искусственно получили амери кан ­
ские ученые Спборr, Джеймс 11
Морrан в 1944 r.
Искусственно получили американ ­
ские ученые Сиборr, Джеймс 11
Гиорсо в 1944 r.
Искусствен�о получили американ ­
ские ученые Томпсон , Гиорсо 11
Сиборr в 1949 r.
Искусственно получили американ ­
ские ученые Томпсон , Стрит, Ги ­
орсо и Сиборr в 1950 r.
Искусственно получен rруппой аме­
ри канских ученых во rлаве с
Г. Сиборrом в 1955 r.
Искусственно получен америка н­
ским учен ым Г. Сиборrом и др.
в 1955 r.
Искусственно получен амери кан ­
ски м ученым Г. Сиборrом и др.
в 1955 r.
Искусственно получен rруппой со-
ветских
ученых во
rлаве с
Г. Н . Флеровым в 1962 r.
Искусственно получен rpynпoii аме­
риканскqх ученых во rлаве с
Г. Сиборrом в 1962 :r.
Искусствен�о по.Лу�н rруппой со-
ветских учен ых ' во rла ве с
Г. Н. Флеровi.1 м в f964 r:
8· 10-4 В честь Тора - боrа сканди навской
м11 фолоrи u
3· 10 -4 От rреческих с.1ов (<ПротОС >) и (<ак ­
тп с>) - первый луч
3.10-4 По назван ию планеты Уран
С.1еды
Следы
По назван 11ю планеты Нептун
По названию планеты Плутон
В честь Америки
В честь Мар1111 и Пьера Кюри
П о назваю1ю амер11канскоrо rорода
Берк ли
По названию американскоrо штата
Калифорн11 я
В честь ф11з11ка А. Эiiнштейна
В честь ф из11ка Э. Ферм11
В честь Д. И . Менделеева
В честь Э. Лоурецса - изобретателя
циклотрона

ВАЖНЕЙШИЕ ОТКРЫ'l'ИЯ В ОБ.ЛА СТИ ФИЗllКИ И ХИМИИ
40 ООО лет до н. э. Первобытный человек начал
применять первую химическую реакцию - н аучилс я
добывать огонь и пользоваться им .
3000 лет до н. э. Человек н а учился добывать брон­
зу и применять ее .
2500 - 2000 лет до н. э . На юге Вавилонии изобре­
тены весы .
2000 лет до н. э . Открыт способ получения ж елеза
из руды .
t500 лет до 11 . э. В Египте на учились добывать
соду, получать из золы поташ и варить стек ло .
VI в. до н. э . Изучены основные свойства магнит­
ного камня. Платон , Сократ.
Открыто соотношение чисел в гармоническом ин­
терв але з вуков. Пифагор Самосский.
V в. до н. э . Первые философские суждения об
атомистическом строении тел . Jlевкип и Демокрит.
Открыты законы о прямолинейном распростра­
нении света и о его отражении от зеркал. Эвклид.
IV в. до н. э . Философское обобщен ие сведений
о различных явлениях природы . Первый научный поиск
связи между ними. Аристотел ь.
Первая гипотеза о природе звука и явл ении эхо .
Аристотел ь.
111 в. до н. э . Открыта закономерность: тело теряет
в весе при погружении в жидкость. Архимед .
Открыт центр тяжести тел ; найдены условия рав­
новесия тел . Архимед .
Изучены
свойства
зажигательных
стекол.
Архимед .
1 в. до н. э. В поэме «0 природе вещей>) изложена
материалистиче ская атомистическая картина мира .
Лукреций Кар .
11 в. Исследовано преломление св ета на границе
двух сред. Клавдий Птолемей.
Изобретен прототип паровой
турбин ы. Герон
Александри йски й.
Открыт способ изготовления бумаги . Чай-Лунь .
Vlll в. Возникло учение об алхимии .
Описаны методы получения азотной кислоты .
Джабир ибн -Хайян .
t445. Вышла в свет первая печатная книга.
t536. Возникно в ен ие ятрохимии - науки о при­
готовлении лекарств . Парацельс.
XVI в. Изобретено устройство , сохраняющее не-
измененным
положение
тел а
в
пространстве.
Д. Кардано.
t 543. Созда на гелиоцентрическая система космо­
гонии. Н . Коперник.
1583. Доказано , что при малых отклонениях
период качания маятника не зависит от амплитуды.
Г. Галилей.
t600 . Доказано , что ·З емля подобна намаrни'\енному
шару. У . Гильберт.
.
•
..
Открыты электрические своиства янтаря У ра злич­
вых веществ: У. Гильберт.
1610. Открыты законы равноускоренного движе­
ния тел и ин ерции. Г. Галилей .
1611. Изобретена телескопическая труба прямого
зрения . И . Кеплер.
1637. Объяснена физическая природа радуги . Р . Де ­
карт.
Сформулирован закон о преломлении света .
В. Снеллиус.
t642. Первый опыт , доказывающий давление ат­
мосферы ; впервые получено « пустое пространст во».
Э . Торричелли .
1648. Доказано, что давление атмосферы изме­
няется с высотой. Б. Паскаль.
13в едено понятие наз» . Я. Ван- Гельмонт.
t653. Открыт гидростати ческий парадокс. Б . Па ­
скаль.
1654. Опыты с бол ьшим объемом безвоадушного
простран ств а
(магдебургские
полушария).
О. фон - Герике .
1657 . Математическое обоснование законов о кача­
нии маятника и об упругом ударе шаров . Х . Гюйгенс.
1662- 1679. Исследованы упругие свойства воз­
духа и газов; открыта зависимость объема газов п ри
неизменной температуре от давления. Р. Бойль 11
Э . Мар11отт .
1665 . Открыта дифракция света . Ф . Гримальди.
1666. Открыто цвето вое деление белого света .
И. Ньютон .
1669 . Открыто двойное лучепреломление в к ри­
сталле исландского шпата . Э. Бартолин .
1672. Построена машина д.'lя электризации · тел ;
обнаружено
свечение
электрических
искр.
О. фон - Герике.
1675 . Первое определ ение скорости света . О . Рёмер.
) 677. Исследована зависимость веса тел от
высоты . Р. Гук.
У совершенствован микроскоп. А . Левен гук.
t678. Открыта зависимость упругой силы от отн о­
сител ьного удлинения при деформации тел. Р . Гук.
Предложена теори я о волновой природе света .
Х . Гюйгенс.
Вывод законов о б отражении п преломлении све­
та . Х . Гюйгенс.
t683. Закон всемирного тяготения. 11 . Н ьютон .
1684. П редложена корпускулярная теори я о при­
роде света . И. Н ьютон.
1686 . Сформулированы основные законы меха­
н ики: 1) закон инерции; 2) закон об изменении
.
коли­
честв а движения пропорционал ьно приложеннои дви­
жущей силе; 3) закон о равенстве действия и противо­
действия. И . Н ьютон.
t 697 . Предложена гипотеза о существовании фло­
гистона. Г. Шта.ль .
543

СПРАВОЧНЫП ОТДЕЛ
1723. Открыты два вида электрических зарядов
и: характер вза11модейств11я между ними . Ф . Шарль.
1727. Иссл едованы плавучесть и усто йчивость ко­
р абля. JJ . Эйлер.
1728. Скорост1, света измерен а по углам аберрации
неподвижных звезд . Д. Брадлей.
1729. Открыто , что все тела делятся на проводя­
щие и непроводящие электричество . С . Грей .
1745. Изобретена «л ейденская банка» - уетройс·rво ,
накапливающее электрические заряды . Э . Клейст и
П. Мушенбр3•к.
1747. Изобретен громоотвuд . Б. Франклин .
Наэлектризованны е те11а разделены на п оложи­
тельно и отрицатеJJ ыю заряженные. Б. Франклин .
1718 . Открыт закон сохране1111я массы при хими­
чесю1х реакци ях. М . В . Ломоносов .
Дано мо11екулярно-ки11етическое о писание при­
роды тенJJа. М. В . Ломоносов .
Исследо вания
атмосферного
электричеств а.
Г. В. Р11хман.
Изuбретеп электроскоп - 11р11бор для количест­
венного измерения зле1\трическ11х заряд ов. Г. В. Рих ­
ман .
1751-1780 . Издана «Энц1ш лопедия, или толковый
словарь наук, искусств и ремесел» (35 томов) , которая
оказала большое влияние на развитие физики и химии .
Д. Дидро , Ж. Д' Аламбер и др3·гие ученые - (< энциклопе ­
дисты •) .
1766. Открыт водород . Г. Кавенд11ш.
1768- 1774. Открыт кисло род . К. Шееле и Дж. При­
стл11 .
1773 . Разработана теория горения . А. Лавуазье.
1783. Установлено , что вода состоит из кислорода
и водорода. А . Л авуазье 11 Ж. Мёнье.
1784 . Изобретены крутил ьн ые вееы . Ш . Кулон .
Пuстроена парова я м аrrшна. Дж . Уатт .
1785. Открыт закон о в.ааимодействии электриче­
ских зарядов и ма гнитны х полюсов; измерена величина
силы этого вза имодействия . Ш. Кулон .
Открыто явление адсорбции . Т . Е. Л овиц.
1787. У стаповле но , что при постоянном объеме
давление газа изменяется пропорционально и3менению
температуры . Ж . Шарль .
1791. Открыто действие э.1ектричества на мышцы
и нервы препарированной лягушки; обнаружено элект­
рическое действие на мышцы , когда их касаются еое­
диненными между собой различными металлами.
Л. Гальвани.
1793. Во Франции введена метрическая система мер.
1798. На крутил ьных весах и3мерена гравитацион­
ная постоянная в 3аконе всемирно го тяготения.
Г. Кавендиш .
1799. Со3дан гальванический элемент (вольтов
столб). А . Вольта.
1800. Определено понятие электродвижущей силы
и · ее направление. А . Вольта.
Исследована контактная разность петенциалов при
соединении разнородных металлов . А. Вольта .
Открыто магнитное ноле во круг п роводника с то­
ком по действию это го пол я на ма гнитную стрел ку.
Х. Эрстед .
Иссл едо вано явление интерференции света . Т. Юнг.
Объяснено возникновение цветных пятен на тон ­
ких нлею\ах. Т. Юнг.
Открыто свойство электрического тока разлагать во­
ду на кислород и водород. У. Николt�н и Э. Карлейль .
1801 . Открыт закон парциальных давлений: дав­
ление смеси газов равно сумме давлений отдельных га­
зов . Дж. Дальтон.
1802. И сслед ованы свойства газа при разл ичных
температурах. Ж. Гей -Jl юс
с
ак.
Открыта электрическая дуга при к оротком замы­
кании полюсов вол ьто ва стол ба. В . В . Петров.
1802-1814. Изобретен спектрос коп . У . Во лластон .
1803 . Предложены первые обо:шачения хим ических
элементов и химических соединен ий. Дж. Дальтон.
180 4. Открыт закон кратных отношений - важ­
нейший закон атомистическо й теории. Д. Дальтон .
1805 . С оздана теория о механ изме электролиза .
Х. Гроттус.
1806 . Отк рыт первы й каталитический процеес при
получении серной кислоты , катали3ато р - окислы
азота . Н . Клеман - Дезорм и Ш. Дезорм .
1807. Получены электроли3ом из расплавленных
солей металлы натрий и калий. Г. Дэви.
1808 . Определена зависимость между давлением ,
объемом и темнературой газа , ко гда нет теплообмен а
с окружающей средой. С . Пуассон .
Высказана ги поте за , что атомные веса эле­
ментов кратны атомному весу водорода. В . llpayт.
Устан овлен закон о постоянстве состава хим ических
веществ . Ж . Пруст .
1808- 181 1 . Открыта поляризация света при про­
хождении через кристалл и отражении от него .
Л. Малюс.
Сформулирован закон об интенсивности поляри­
зованного света . Л. Малюс.
1811. Определено число молекул в грамм-мо ле веще­
ства. А. Авогадро.
1814. Предложены с овременные буквенные симво­
лы для химиче ских элементов . И . Берцелиус.
Пред ложена первая таблица атомных весов , вклю­
чающая 4 6 элементов . И . Берцелиус.
1817 . Объяснены темные линии в спектре солнеч­
но1·0 света . И . Фраунгофер.
Исследована дифракция параллельных лучей.
И. Фраунгофер.
1818. Открыт первый закон фото химии : только пог­
лощенный телом свет вызывает в этом теле химическое
,цействие . Х. Гроттус.

ВАЖНЕИШИЕ OTKPЪITИ JI В ОБЛАСТИ ФИЗИКИ .И ХИМИll
1818-1827 . Показана во;1 нова я теория света н а
основе явлений дифракции и поляризации. О. Френел�. .
1819. Сформулирован закон: произведение удель­
ны х теплоемкостей твердых элементов на их атомные
веса - ве;ш чина постоянная . П. Дюлонг и А. Пт11
1
.
1820. От крыт закон , определяющий напряженность
магнитного поля. Ж . Био и Ф. Савар.
1821 . Открыт закон , определяющий силу, дейст­
вующую на проводник с током в магнитном поле.
А. Ампер .
Открыт закон взаимодействия электрических то­
ков. А. Ампер .
1822. Измерена скорость звука в воздухе. Ж . Гей ­
Л юссак, Д. Араго и др.
1823. Открыта изомерия химическ их с оединений .
Ю. Либих.
1824 . Открыто намагничи вание железа в ма гнит-
ном поле элентрического тока . Д . Араго .
Открыто явление изоморфизма . Э. Митчерл11х.
Открыт второй занон термодинамини. Н. Карно.
1825. Открыт бензол . М. Ф арадей.
1826. Разработан способ измерения плотности
паров, чтобы определять атомный вес элемента .
Ж. Дюма .
1827. Открыты законы постоянно го элентрического
то.ка . Г. Ом.
1828. Синтетически получ е но первое органичес1ю е
соеди нение --
м о чевина. Ф . Вёлер.
1830. Р а3работан метод а нализа орга ничс с.ких сое­
дшюний . Ю. Либих.
1831. От.крыта эле.ктромагнитн ая инду.кция. М. Фа ­
радей.
1832. Сформулировано правило, .к оторое опред е­
ляет направление зле.ктродвижущей силы эле](тр омаг-
1111т1юй ИIIДу.кции. Э. Х. Ленц .
1833 . Сформулированы
М. Фарадей.
за.коны
э11ектролиза .
Электродам даны названия: положите11 ыю му -
анод, о трицател ьному - .катод . М . Фарадей.
1834 . Открыт основной закон термохимии - занон
посто янства суммы теш1а. Г. И . Гесс.
1835. Введ е но в химию понятие «катализ» . И . Бер­
целиус.
1837. Отнрытие гальвано11ластию1. Б. С. Лкоби.
1841 . Открыт закон сохранения 11 превращения
энер гии . Р . Майер, Г. Гельмгольц и Д. Джоуль.
Создана теория погрешностей п р и физических
измереш1я х; предложены правила обработки резуль­
татов наблюдений. R . Гаусс.
Определен точный атомный вес углерода. Ж . Стас
11 Ж. Дюма.
1842. П олучен из нитробензола а нилин . Н. Н. Зи-
вин.
1842-1848. Определен механичес.кий э.квивалент
теплоты. Д . Джоуль.
о35д.э.т.з
1845 . Обнаружено , что в магнитном поле плоскост ь
поляризации света вращается . М . Фарадей .
1849. Определена скорост ь света в воздухе.
И. Физо .
1850. С но•ющью ма ятника доказано, что Земля
в ращается вокруг своей оси. Ж . Фуко.
1851. Предложена шкала а бсолютных температур .
В. Томсон (l�ельвин) .
1852. И зобретен Г11 роскоп. Ж . Фуко .
Сфо рмул11ровано понятие о валентности . Э. Франк­
ленд .
1854. Отк рыт те рмиче ский способ получения алю ­
мин11я из руды. А. Сент -Клер Девиль .
1860. Разработа ны м етоды спектрального анализа .
Г. Кирхгоф и l' . Бунзен.
Открыт закон о распределении молекул по
с.коростям. Дж. Ма ксвелл .
Опред елен точныii атомиый вес кисл ород а. Ж . Стас.
1861. Уста новлено пон ятие <щ ритическ ая темпе­
ратура>). Д. И. Менделеев .
Пред1южена теория строения органических соеди­
nеш1й. А. М . Бутлеров .
1862. Измерена скорость распространения света
в воде и друГ11х средах. Ж. Фуко.
1864. Предл ожены основные законы электрод11-
памию1 в виде четырех уравнений, которые обобщили
открытые эмш1ричесю1 ;1 ако11ы электр11чес1шх 11 магнит­
ных явлений. Дж . Максвелл .
18611- 1867 . Сформулирован
закон действую-
щ11х в хими ческой реакции масс. R. Гульдберг и
П. Вааге .
1865. Определена структурная формула бензола.
А. Rекуле.
Впервые определено число молекул в 1 смз .
.й. Лошмидт.
Введе1ю в паук у поп ят11е «энтропию) . Р. Rлау­
зиус .
1868. Об наружен в·солнечном спектре элемент гелий .
Ж. Жансен и Н. Локьер.
1869 . Открыт пер1юд11чесю1й закон химических
элементов. Д . И. Менделеев .
Открыто взаимное влияние атомов в х11мИческ11х
соединениях . В . В . Марковников .
1871. Предложена теор11я электрома гнитного пол я,
распространяющегося в вакууме со скоростью света .
Дж. Максвелл .
П редсказаны 11 подробно описаны н еизвестные еще
элементw : экабор, экаа люмюшй, экакремниii . Д. И . М ен­
делеев.
1872. Изобретен аммиачный способ получения со­
ды . Э. Сольве.
1873. Введено понятие «потоI\ плотности энер ­
гии» при распроетранешш волн в упругих среда х.
Н. А. Умов.
1875. Открыт г аллий (экаалюминий) . ·П. Ле кок
де Буабодран .

СПРАВОЧНЫИ ОТДЕЛ
t879. Открыт скандий (экабор) . Л. Вильсон .
t880. Открыто .явление пьезоэлектричеств а. Пьер
и Ноль Кюри.
1881. Первый опыт, до казавшиi.i , что дви жение
Зе мли не вли яет на скорость света . А. Майкельсон .
t882. Открыт закон о понижении точки замерзания
растворов . Ф. Роул .
t883. Определена плотность потока энергии в
электромагнитной волне. Дж . Пойнтинг.
t884. Установлен обЩJ1й закон о смещении хими­
ческого равновесия в зависимости от внешних факто­
ров ( принцип Ле Шателье) . А . Ле Шателье .
Разработана теория электролитической диссоциа­
ции . С. Аррениус.
t885-t891 . Со зда н а наука о симметричной струк­
туре кристаллов . Е . С. Федорев.
t886 . Открыт германий (экакремиий) . К. Винклер.
t887. Разработана химическая теория l!одных рас­
творов. Д. И. Менделеев .
1887-1888 . Открыт фотоэлектричесю1й эффеЮ- .
Г. Герц и А. Г. Столетов.
1888. Найдена закономерность, связывающая сте,:­
пень диссоциации электролита .с его концентрац11еи
(закон разведени я). В. Оствальд.
Открыты электромагнитные волны . Г . Герц .
1 889. Разработа на теория электрол ити чесиого раст­
ворени я металлов. В. Н ернст .
У становлено пон.ятие «активные молекулы* · С . Ар­
рениус.
1890 . Разработана
теория гидролиза солей .
С. Аррениус .
1893. Разработана J<оординационн ая теория о
строении иомнлексных соединений. А. Вернер.
1895 . Открыты Х-лучи , 11 злучение большой п ро­
никающей си лы. В. Рентген.
у электрона определен элементарный отрицатель­
ный электрический заряд. Дж . Томсон.
Изобретена
радио передача си гналов электро-
магнитными волнами без проводов на расстояние.
А. С. Попов.
Обнаружеи на Земле элемент гелий . У. Рамзай.
1896. Открыта естеств енная радиоактивность ура­
на . А . Беккерель.
1897. Сформулированы физические принципы меж­
планетных полетов. К . Э. Циолковский.
Построена
первая
аэродинамическая
труба.
К. Э. Циолковсю1й.
у становлен а химическая сущность ды хательны х
процессов. А. Н . Бах.
1898. Отк рыты радиоактивные эл ементы полоний
и радий. М. Склодовская- Rюри и П. Rюри.
t899. В эле11троне измерено отношение заряда
к массе. Дж. Томсон и Ф. Ленард.
Предложена первая электронная теория валент­
ности . Р. Абегг и Г. Бодлен.цер .
1899- 1900 . Определены основные свойства радио­
активных веществ . М . Склодовская- Кюрн и П. Кюри.
1900 . Начато исследование каталитических реак-
ций при высоких давлениях
и т емпературах .
В. П. Ипатьев .
Начата разработка физико-химического анализа
сплавов и растворов (учение о связи между составом
и свойствами). Н . С . Курнаков .
Открыт закон о распределении энергии в спек­
тре абсолютно черного тела. М. Планк.
Перед ана первая в мире радиотелеграмма . А. С. По­
пов.
1901 . Открыто свойство энергии поглощаться и
11злучаться квантами. М . Планк.
Измерена величина давления света . П . Н . Ле­
бедев.
1903. Разработан метод хроматографического ана­
лиза. М. С. Цвет.
Создана теори я радиоактивного рас пада. Э . Резер­
форд и Ф. Содди.
1904. Создана первая модел ь атом а. Дж . Томсон .
1905 . Теорети чески обосновано существова ние
фотонов. А. Эйнштейн.
Выведено ос новное уравненuе фото электрического
эффекта . А. Эйнштейн.
1 905- 1916. Сформулирощша теори я относительно­
сти. А. Эйнштейн.
1907. Получена фенол-формал ьдегидная пластмас­
са (фенопласт ). Л . Бакеланд.
1909. Разработаны физико-химические основы про­
мышленного синтеза аммиака из воздуха и водорода .
Ф. Габер.
1910. Получен элемент радий в металлическом
виде . М . Склодовская - Кюри и А. Дебьерн .
Установлено понятие об изотопах . Ф. Содди .
1911. Предложена планетарная (ядерная) модел ь
строения атома. Э . Резерфорд .
Открыто явление с верхпровод имо сти . Г . Камер­
линг- Оннес .
Точно измерен заряд электрона . Р. Милликен.
1912. Изобретена камера для наблюден ия траек­
тории движения элементарных ча стиц . 1:1 . Вильсон .
Доказана волновая природа рентгеновских лучей -
открыта их дифракция в кристаллах. М. Лауэ .
1913. Установлен закон, связывающи й частоту
спектральных линий характеристическ ого рентгенов­
ского излучения с порядковым номером испускающего
эти лучи эл емента . Г. МоЗJ
J
н.
Открыта зако н омерность в радиоактивных превра­
щениях - правило смещения. Ф. Содди 11 К. Фа янс.
Открыт дискретный характер энергии а том а; сфор- ·
мулированы законы об излучении и поглощении энер­
гии атомом . Н . Бор.
Объяснена природа линейчатых спектров атомов .
Н. Бор.

ВАЖНЕЙШИЕ ОТКРЫТИЯ В ОБЛАСТИ ФИЗИКИ :И ХИМИИ
Отк рыто существование изотопов у стабильных
элементов (неон) . Дж. Томсон .
1915. Иссл едо ваны природа и состав хлорофилла.
Р. Вильштеттер.
Создан сухой фильтрующий противогаз . Н. Д. Зе­
линский.
1916. Разработаны электронные теории валент­
ности . В. :Коссель и Г. Льюис.
1917. Пред сказана возможность индуцированного
из.'Iучен11я. А. Эйнштейн.
1919. Бомба рди ровкой а-частицами выделен из
ядра азота протон. Э . Резерфорд.
Разработана планет арная модел ь атома. Э. Резер ­
форд и Н. Бор.
1921. Объяснена последо вательность заполнения
электронных оболочек в атомах, тем самым физически
обоснована периодическая система элементов. Н . Бор .
1923. Создана совершенная теория кислот и осно­
ваний . И . Бренстед.
1923- 1935 . Разработана теория колебаний и рас­
пространения радиоволн . Н . Д. Папалекси и Л. И . Ман ­
дел ьштам .
1924 . Предложена гипот еза о волновых свойствах
частиц. JI . де- Бройль.
1925 . Разработан полярографический метод ана­
лиза . Я. Гейровский.
1926. Выведено волновое уравнение квантовой
мех аники. Э. Шредингер .
Создан математический аппарат квантовой меха ­
ники . В. Гейзенберг.
1926- 1930 . Разработано промышленное получение
синтетического каучука . С. В. Лебедев .
1927 . Определ ена скорость света с точностью
±4 км/сек. А. Майкельсон .
Отк рыта дифракция электронов, подтвердившая
вол нов ые свойства ми крочастиц . К. Дэвиссон и
Л. Джермер.
Открыт принцип неопредел енности . В. Гейзенберг.
Начата разработка теории цепных реакций .
Н . Н . Семенов и Г. Хиншельвуд .
1928. Теоретическое
открытие
позитрона .
П. Дирак.
Открыто
комбинационное
рассеяние
света .
Л. И. Мандельштам, Г. С. Ландсберг и Ч. Раман.
Открыто лекарственное вещество - пенициллин .
А. Флеминг.
1931 . Теоретическое открытие нейтрино . В. Паули.
1932. Открыт нейтрон . Дж . Чэдвик.
Открыт позитрон. К. Андерсон .
Предл ожена
теория
о
строении
атомного
ядра.
В. Ге йзенберг.
протонно-нейтронном
Д. Д. Иваненко и
1933. �тяжелая » вода выделена из обыкнове нной .
r. Льюис и Р. Макдональд.
От1( рыто явление а ннигиляции . П . Блеккет и Дж.
Оккиалини .
35*
1933- 1 934. Открыто свечение частиц, движущихся
в среде быстрее скорости света . П. А. Черенков и
С. И. Вавилов .
1934. Открыта искусственная радиоактивность.
Ф. и И. Жолио -Кюри.
1935 . Открыта ядерная изомерия у искусствен­
ных радиоизотопов. И . В . Курчатов с сотрудниками .
1936. Обнаружен ы в космических лучах ме:.юны.
К. Андерсон и С. Не,цдермайер.
1936- 1938 . Разработан промышленный метод про­
изводства синтетического полиамидного волокн а -
нейлона . У. Кэрозерс.
1937. Впервые искусственно пол учен новый хими­
ческий элемент - технеций. К. Перрье и Э. Сегре .
Т еоретически объяснен эффект Черенкова - Ва­
вилова. И. В. Тамм и И. М. Франк.
Синтезирован витамин А 1 • Р. Кюи .
1938. Разработан метод термодиффузионного раз­
деления изото пов . К. Клаузиус 11 Г. Диккель.
Отк рыто явление сверхтекуче сти гелия . П . л. К а ­
пица .
1939. Открыто деление ядер урана под дейс т­
вием медленных нейтронов. О. Ган и Ф. Штрассман .
1940 . Создана теория полупроводников и начато
их практическое применение. А. Ф. Иоффе.
Открыто спонтанное деление яд ер урана . Г. Н .
Флеров и К. А. Петржак.
1942. Построен первый атомный реактор. Э. Ферми .
1944. Открыт принцип автофазировки ускорителя.
В. И . Векслер и Э. Макмил.иан.
Синтезирован антибиотик стрептомицин . Э. Вакс­
ман .
Синтезирован хинин . Группа американских ученых .
1945 . Синтезирован метанол из углекислого газа
и водорода . В. Н . Ипатьев .и Г. Монроэ.
1950. Начато применение «меченых атомов», чтобы
изучать механизм химических реакций .
, Искусственно получены трансурановые элементы
берклий и калифорний . Группа американских учеиых
под руководством Г. Сиборга .
1951. Открыта возможность усиливать электро м аг­
нитные волны и видимый свет , используя индуциро­
ванное излучение. В . А. Фабрикант, М. М. Вудынский
и Ф. А. Бутаева.
Открыт «атою> позитрония . М. Дейч.
1952. Полный синтез морфина.
1953. Исследована стр уктура молекулы дезоксири­
бонуклеиновой кислоты . Дж. Уотсон и Ф. Крик.
1954. Со зданы квантовые усилители и генераторы
электромагнитного излучения . Н . Г. Басов , А. М . Про­
хоров, Ч. Таунс.
Исследована структура протеинов . Л. Полинг.
1954- 1957. Искусственно получены трансурано­
вые эл ементы : эйнштейний, фермий , мендел евий и
элемент .No 102. Группа американских ученых под
руководством Г. Сиборга .

СПРАВОЧНЫЙ ОТДЕЛ
1955. Открыт антипротон . Э. Сегре , О. Чемберлен,
К. Виганд и Т. Ипсилаитис .
Иснусств енно получен алмаз.
1956 . Открыт антинейтрон . Корк и Ломбертсон.
1957 . Эксперпме нтал ьно подтверждено существо-
uание нейтри но. К . Коуэн и Ф. Рейнес.
что ЧИТАТЬ по
Дорогие ребята ! В этом томе вы познакомились
с ро.J
J
ью физики и хшши в жизни людей . Вы прочитали
об основных физических явлениях , их применении
11 технике, о строении вещества и его превращениях, о
свойств ах химических элементов и их соединений . Если
вы захотите углубить ваши знашш , то прочтите еще
11 другне книги , просмотрите также и науч110-популяр-
11ые журналы . В этом вам поможет библиографический
укааател ь «Что читать по физике и химию>.
Описания книг сгруппированы в указателе в соЬт�
ветств11 11 с основными раздел ами тома. Внутри раздела
юшги 11 брошюры распо.JJожены по темам и по алфавиту.
Ого1юрено , какие из них доступны JI ИШЬ школьникам
ста ршпх классов. О каждой кинге даны следующие
сведею1я: фамилия 11 шшциалы автора; заглавие; под­
заголовкп, которые уто чняют содержание; вы ходные
да нные ( )tесто и:щ ания, название 11здате.'!ьств а и год
выпуска) , количество страниц, иллюстрации, а шюгда
11 серня, в которой выпущена книга , 11 т. п.
В разделе «Научная фантастика» дан сппсок рома­
нов , п ов естей и рассказов , затрагиuающих научные
нробле).tЫ , относящиеся к физике и химии.
Бнблиограф11ч ескпй указатель поможет 11 равильно
выбрать кю1гу. В конце указателя перечислены ал ь­
манахи 11 журналы, в которых регулярно печатаются
статьн п заметки , посвященные проблемам физики и хи­
шш.
Общие воп1•осы
Азимов А. Вид с высоты. м:, «Мир» , 1965 , 234 стр.
l\нига о пробл емах , стоящих перед современной
нау коii .
Блудов М. И . Беседы по физи ке. Ч. 1-11 . М., «Прос­
вещение». Ч. 1, 1964. 166 стр . с плл.; Ч. 11, 1965.
163 стр. с llЛЛ. (G-i;a ШКО.'!ЫШКа) .
В1111ер Н . .Н - матеъ1ат11к. Сокр . перевод с англ . М.,
«Нау1>а», 1964 . 354 стр.
Автор - «отец кпбернетики» - сыграJI большую
poJiь в математическом обосновании многих открытий
современной фпз ики. В книге популярно рассказано ,
как автор постепенно прпшел от исслед ований броунов­
с�;о го движения к к11бернети�;е.
1-\елер В. Ношо Sapiens. Человек разумный. М.,
«Мододая гвардия», 196 4 . 222 стр .
Автор излагает воззрения современной науки о
прош:10�1 , на стоящем 11 будуще•1 человечеств а. Он отво­
днт бо.'!ыную po.JJь историческому обзору .развития нау­
ю1 и нрогно:�у ее путеii на ближайшие десятилетия.
Кто, когда , почему? Перевод с польск . М., Дет­
гнз, 1961. 256 стр. с и.JJл .
Ответы :на вопросы из самых различных областей
:ша1111я. В разделе «Точные науки» - интересный мате-
·
риал о физических 11 химпческщс: . явлениях.
1958. Открыт эф
ф
ект у пругого испускания или
поглощения 1-квантов атом ными ядрами, связанными
в твердом теле. Р. Мёссбауер.
1962. Установлено существова ние двух типов
нейтрино : :эл ектрон ных и мюонных. Л11дерман , Шварц
и Стейнбергер.
ФИЗИКЕ и химии
К узнецов Б. Г . Развитие физических идей от Г али­
лея до Эйнштейна в свете современной науки . М.,
Изд-во АН СССР, 1963. 51 1 стр.
Книга доступна школ ьникам ста рших классов .
Ландау Л. Д., Китайгородский А. И. Физика для
всех. Движение. Теплота . М., «Наука», 1965 . 39 1 стр.
с илл.
Не повторяя школьного курса физию� , книга
помогает углубить и расширить понимание физиче ских
з аконов . В конце книги дан обзор энергет11ч еск11х ре­
сурсов человечества .
Наука и человечество. 1962 , М., «Знание» , 1962 .
412 стр. с илл.
Наука и человечество . 1963 . М., «Знание» , 1963.
526стр. с илл.
Н аука и человечество. 1964 . М ., «З11а1111е» , 1964.
432 стр. с илл.
Наука и человечество . 1965. М., «Знание», 1965.
408 стр. с илл.
Сборники статей советских и зарубежных ученых,
рассказывающих , над чем работает мировая наука
в самы х различных областях знания. Больш1111ст110
статей доступно школ ьникам ста рших классов .
Орир Л. По�улярная физика . Перевод с ангд . М. ,
«Мир», 1964. 446 стр . с и лл.
Книга об основных З аконах физ11к11 1 1 о ее послед­
них достижениях .
П айерлс Р. Е . Законы природы. Перевод с англ.
Изд. 2, испр. М., Физматгиз, 1962. 340 стр. с илJI. 11 черт .
Доступна ЦIКол ьникам ст арших классов.
Перельман R. И . Занимател ьн ая физика , Кн. 1-2 .
Изд. 17. М., «Наука». Кн. 1, 1965. 234 стр . с 11лл .;
кн. 2, 1965. 280 стр. с илл.
Перельмаи R. И. ЗаниматеJi ыr ая механика . И зд. 7 .
М.,
Физматгиз, 1959 . 187 стр. с илл.
Перельман R. И . Знаете ли вы физ1шу? Изд. 2,
переработ. Л., ОНТИ, t935. 339 стр. с илл. ГJI. ред.
науч. -по пул . юнош. лит- ры .
Книги известного популярI1 затора помогают углу­
бить и освежить знания физики, учат сознательно ими
пользоваться. «Достигается это ,- пишет
автор , ­
рассмотрением пестрого ряда головоломок, замысло­
ватых вопросов, занимательных рассказов , забавных
задач, парадоксов и неожид анных сопоставлений из
области физики» .
Радунская И. «Безумн ые» идеи. М .,
«Молодая
гвардия» , 1965. 416 стр .
Квантовая физика, теория от носительности и их
приложения, радиоастрономия , квантовая электрон ика -
таковы области физики, затронутые в книге автором .
« Прочитав книгу, у беждаешься , что развитие науки -
это не столько результат гениального прозрения оди­
ночек , сколько плод орга низова нного и целенаправлен­
ного труда*,- пишет в послесловии академик А. И. Бер г .
Книга доступна школьникам старш их классов .

Физика . Близкое 11 далекое. Проблемы . На стыках
наук . Применения. Гипотезы. М. ,
«Знание» , 1963.
518 стр .
Эшшот л., Уилкокс У. Физика . Перевод с англ .
М. , Физматгиз, 1963 . 807 стр. с илл.
Книга широко распространена в США. Рассчи­
тана на читателя, впервые знакоиящегося с физикой
и обладающего элементарными знаниями математики .
l\lacca и двнsке11пе
Деряrин Б. В. Что такое трение? Изд. 2, перераб.
и доп. М., Изд-во АН СССР, 1963. 230 стр . (Научно­
nопулярная серия) .
Дуков В. М. Закон сохранения энергии . М., «Зна­
ние», 1961 . 40 стр.
О работе, мощности , энергии, коэффициенте полез­
ного действия , о видах энергии и их превращ ения х;
о том , почему невозможен вечный двигател ь.
Ивановский М. П . Законы движения. М., Детгиз,
1957. 127 стр. с илл . (Б-ка школьника).
Книга рассказывает о том , как были открыты за­
коны движения .
Иrнациус Г. И . О загадках скорости . М ., Детгиз,
1959. 64 стр. с илл.
Пр11нц11п относител ьности движения - основа ме­
ханики . В книге рассказано об этом принципе , о явле­
ниях , связанных с отно сител ьностью движен11я и встре­
чающихся в природе и технике.
Игнациус Г. И. Движение и покой в природе. М .,
((Знаш1е.> , 1964. 94 ст р. с илл.
Основные законы кинематики, динамики и статики.
Начал ьные сведен11я о теории относител ьности .
Краснов А. И. Возможен ли вечный двигатель?
М. , Гостехпздат , 1956. 64 стр .
Краснов А. И. Волчок и применение его свойств .
М., Гостехиздат , 1958. 64 стр. (Научно-популярная
б-ка) .
•1евантовский В. И. Тяжесть, невесомость, пере­
грузки. М., «Знание» , 1964. 96 стр . ( Народный ун-т
кул ьтуры) .
О закон е всем11рпого тяготения и полетах в
космо с.
Ленский В. С. , Литв11}1 -Седой М. 3 . Механика .
О специал ыюст11 «механика» на механико-математи ­
ческом факультете Москов �кого гос. университета .
(М.), Изд-во Моск. ун-та, 1962. 43 стр.
Эта брошюра поможет читателю, интересующему­
ся физикой, выбрать специал ьность.
.l обанов А. 3 . Законы механического движения.
М., Учпедгиз, 1955. 60 стр. с илл. (Б-ка школь­
юш а).
В книге раскрываются понятия, связанные с
прямолин ейным движением тел: скорость, ускорение,
инерция, сила , вес и иасса , количество движения
и основные законы механ ики. Изложение ил­
люстрировано примерами из раз.'lичных областей
техники .
Смилга В. Очевидно е? Нет , еще неизведанное ...
М., «Молодая гва рдию>, 1961 . 352 стр .
Популярное изJюжение теории относител ьности .
Ушаков С. 3 . Законы движения . М., «Знание» ,
1961. 40 стр.
Кратко изложены особенности механического и
молекулярно го дв11жения , история развития механики
от Галилея 11 Ньютона до Эйнштейна.
ЧТО ЧИТАТЬ ПО ФИЗИКЕ И ХИМllИ
Звук
Авфилов Г. Б. Физика и музыка . Изд. 2, ис11р.
и доп. М., «Детская литература», 1964. 192 стр . с ИJ1;1 .
(Школьная б-ка) .
В этой книге расскаЗапо о том , как быш1 создuны
разные музыкальные инструменты и как помо гала их
изобретателям наука , как научnлпсь за писывать зву1ш
и как машпна попробовала сочш� ят1, музыку.
Борисов Ю. Л., Макаров .1 . О. Ультразвук в ТРХ­
нике настоящего и будущего . М., И:щ-1ю АН ССС Р,
1960. 88 стр . с илл . ( Научно-пон у.'lярная сершr ).
О сегодняшнем 11 завтрашнем дне )' льтразвуковоii
техники.
Грnфф11н Д. Эхо в жизни людеii п животных. Пере­
вод с англ . М., Фпзматгиз, 1961 . 108 ст р.
О способностп ряда живых существ к звуко.10-
кации и о применении звуколокации 11 техшше. Кинга
доступна учащимся старших классов.
Коробко - Стефавов А. А . Звук з а работой. М ., Дет­
гиз , 1957. 96 стр . с илл . (Школьная б-ка).
Книга рассказывает , как была разгадана таiiна зну­
ка и какую пользу принос11т тепер ь звук. Отдел ьные
главы посвящены ультразвуку.
Кудрявцев Б. Б . Нес.'lышпмые звуки . М., «Моло­
дая гвардия», 1957. 159 стр . с 11.1л .; 4 л. илл.
Автор рассказывает об ультразвуке и его свойствах,
о первых применениях ультразвука в современной
технике. Дано описание постройки простейшего
ультразвукового генератора.
Температ ура, да.в"'Iенне
Владимиров Л. В. Путь н нулю . М., «Молодая гвар­
дия», 1963. 136 стр .
Герой этой юшг11 - холод. Читая ее, вы совер­
шите путешествие вниз по температурной шкале, к аб­
солютному нулю ; позна комитес ь со всевозможными
холодил ьными машинами, полупроводниковымп термо­
батареями , со свойствами Ж пдю1х газов , с прпмене­
нием глубокого холода для электропно-вычпсюп ел ь­
ных машин и световых генерато ров-лазеров.
,Л япунов Б. В. Ре1ю рды техшшн. М. , «Знаппе »,
1964. 40 стр.
Рассказы о получении высою1х п н изких темнера­
тур , высоких и низких давлений. Брошюра досту11 11 а
школьникам ста рших классов.
Радунская И. Jl . Когда атома�� тесно. М., «Знание» ,
1962. 48 стр.
Рассказ о том , как высокое давление п омогло
создать искусственные алмазы , какне удивптел ьпые
превращения происходят с веществом нри повыше 111111
давления.
Брошюра доступна школ ьникам старших классов.
Суда, саио.Jiеты, ракеты
Галлай М. Через невидимые барьеры. Испытано
в н ебе. Из за писок летчика-испы тат еля. М .,
«Моло­
дая гвардия» , 1965. 348 стр . с илл.
Жабров А. А . Почему и как летает самолет . Изд. 2 .
М., Ф11зматгиз, 1959. 56 стр . с илл . ( Научно- попуJ1 яр­
ная б-ка).
549

СПРАВОЧНЫЯ ОТДЕЛ
.Казневскнй В. П. Аэродинамина в природе и тех­
юш е. Изд. 2, до п. М., Учпедгиз, 1958. 136 стр . с илл.
( Б-на ШRОЛЬНИRа) .
.Казневсккй В. П. Космичесние ранеты . М ., Учпед­
г11з , 1961 . 124 стр . с илл. , портр. (Б-на шноль­
юша ).
.Крошкнн М. Г. Человен пропинае т в носмос.
( Н аучные исслед ования с помощью ранет и спутнинов) .
М., Воениздат , 1961 . 160 стр . с илл.
Перельман Р. Г. Двигатели галактичесних нораб­
лей. М., Изд-во АН СССР. 1962. 199 стр. с че рт .
(Научно-популярная серия) .
Турьян В. А . В мире летательных аппаратов .
М., Изд-во ДОСААФ, 1964. 71 стр. с илл.
Кан и почему летают самол ет и вертолет, нан
менялись фо рмы самолетов с ростом снорости , нан
ашrация стала сверхзву новой .
а"1еитро11агнит11ые яво1
1
ения
Ад11ров11ч э.и . Элентричесний TOR . м ., Детгиз, 195 5.
72 стр . с 11лл. (Шнольная б-на) .
Анфилов Г. Б. Что таное полупроводнин . М ., Дет­
ги з, 1957. 143 стр . с илл. (Шнольная б-на).
В этих двух ннигах рассJ(азано , почему у полупро­
вод нинов тание удивител ьные свойства и где они при­
меняются .
Артемьев И. А . Радиофизина в нашей жизни.
(Физичесние основы радиоэлентронини , различные
11р11мен епия ра11;иотехничесю1х устройств) . М., «Знание» ,
1964. 144 стр. с илл.
Доступна учащимся старшпх нлассов .
Борисов Е . Б., Пятнова И. И. Ключ н Солнцу.
Рассназы о молодой науне и новой области технини,
сд СJ1авшей возможным носмичесное радио и телевиде­
ние, эл ентростанции без машин и многое другое, - сло­
вом , рассназы о полупроводнинах. Изд. 2, доп. М.,
«Молодая гвардия», 1964. 304 стр . с илл.
Вонсовский С. В. Природа магнетизма. М ., «Зна­
ние)> , 1964. 40 стр.
Брошюра знаномит с тем , нан современн ая физи­
на объясняет природу магнетизма и нан испол ьзу­
ется он в технике и д ля научных исслед ований. Книга
доступна ст аршим школьн икам .
Голованов Л. В . С минроснопом в радиотехнину.
М.,
«Знание» , 1964. 127 стр. с илл.
Приложен ие: Плотн иков В . Описание нарманного
J11обптельсного радиоприемнина «Моснва-2)>.
Путь радиотехнию1 от детенторных приемнинов
до сверхминиатюрной элентронной аппаратуры .
Грановский В. Л . Новые пути получения электри­
чесной энергии. М.,
«Знание)>, 1962. 48 стр .
Из этой нниги вы узнаете о целом ряде создавае­
мых тепер ь элентрогенераторов, непохожих на вче­
рашние . Книга
доступна
шнольникам
старших
классов .
Жаботинский М. Е ., Радунская И. Л. Радио наших
дней . М., Изд-во АН ССС Р, 1959. 264 стр . (Научно­
популярная серия) .
н:нига о современных дост ижениях радиотехнини и
радиоэлентрони ни. Досту пна шнольнинам ст арших
нл ассов.
Леонидов И. Г. Свет несущие. М., «Советск ая Рос­
сия», 1961 . 168 стр. с илл.
Это история отнрытия таинственного «холодного
света)> - основы нроизводства и применения люмино­
форов.
Мезенцев В. А. Когда помогают невидимни. В мире
электроники. М., Детгиз , 1963. 160 стр .
Книга о многообразной службе, которую несут
теперь электроны. Автор рассказывает о новой науке­
бионике, изучающей живые организмы , чтобы исполь­
зовать явления живой природы в технике.
Плокский А . Ф . Радиоэлектроника , или рассказ
об удивительных открытиях : о том , как человек при­
ручил волну, о новом Алладине и его лампе , о том, как
подслушали разговор звезд , о ста профессиях , «мысля­
щей» машине и о многом другом . М., «Советская
Россия», 1958 . 224 стр . с илл.
Савченко В. И . Полупроводники на старте . М.,
Детгиз , 1958 . 124 стр . с илл. (Школьная б-ка) .
Смагин Б. И. Голубое свечение. М., Детгиз, 1959.
32 стр. с илл.
Брошюра посвящена замечател ьному отк рытию
советских учеиых Вавилова 11 Черенкова . В ней
рассказано , нан 0110 помогает осваивать термо­
ядерную энергию, изучать носмос и элемента рные
частицы .
Суворов С. Г. О чем рассказывает свет . М.,
Воениздат ,
1963. 144
стр . (Научно-популяр-
ная б-на) .
Книга посвящена свойств ам и природе света, при­
менению световых лучей для изучения состава веще­
ств а и далеких небесных тел . Рассказано о перспекти­
вах использования солнечной энергии, о фото нных дви­
гателях .
Фабрикант В. А . Луч идет в космос. М., «Знание» ,
1961. 32 стр.
Один из самых замечательных физических прибо­
ров, созда нных в последние годы,- лазер. Оп дает
такой яркий луч, что его можно испол ьз овать вме­
сто радиопередатчика для космическ ой связи, а так­
же для многих других целей . О принципах уст­
ройства такого генератора и рассказано в брошю­
ре, доступной школьникам старших классов .
Штейнгауз А. И. Девять цветов радуги . М ., Д ет­
гиз , 1963. 296 стр. с илл. (Школьная б-ка) .
Что такое свет видимый и невидимый? Как с по­
мощью света проник человек в недра вещества и в кос­
мос? Как научился он видет ь в темноте, передавать
изображения на рассто яние , изучать процессы, для­
щиеся ничтожные доли сенунды? Обо всем этом рас­
сказывает книга .
Шур Я. И. Верный путев одител ь. Рассказы о ком­
пасе. М., Детгиз, 1956. 208 стр. с илл. и карт.; 2 л.
илл . 11 нарт.
Как вещество построено
Ария С. М. Великий закон пр11роды . Периодиче­
сная система элементов Менделеева и ее значение в наши
дни. М.-Л. , Детгиз, 1953. 112 стр . (В помощь школь­
нику) .
Браунбек В. Основы ядерной физию� . М ., Госа­
томиздат , 1962. 103 ст р. с илл . (Научно-популярный
очерк).
Буянов А. Ф. Ядра , атомы , молекулы. М., Госатом­
издат , 1962. 364 стр. с илл.
Книга со стоит из двух частей - «В недрах атома»
и «В мире молекул». Первая посвящена ст роению веще­
ства, электронине и атомной технике; вторая представ­
ляет собой обзор основных направлений развития совре­
менной химии .

Васильев М. В., Станюкович К. П. В мире семи
ст ихий . (М.], «Молодая гвардия» , 1961 . 256 стр . с илл.;
4 л. илл.
Эта книга знакомит с теми разделами физики, кото­
рые обеспечили сегодняшние успехи авиации , гидро­
энергетики , ракетной техники, тепловых машин.
Дании Д. С. Неизбежность странного мира.
Изд. 2 . [М .], «Молодая гв ардия», 1962. 363 стр .
с портр .
Кн11га вводит читателя в мир идей и представле­
ш1й физики нашего века . Автор рассказывает об эле­
ментарных частицах материи и о работе ученых раз­
ных стран в области ядерной физики .
Китайгородский А. И. Кристаллы . М., Гос­
техтеориздат ,
1955. 64 стр. (Научно-популярная
б-ка).
Эта брошюра - маленькая популярная энци кло-
педия
крист аллографии.
Корякин Ю. И . Биография атома. Рассказы об
открытии и испол ьзовании атомной энергии. М., Гос­
атомиздат , 1961 . 207 стр. с илл. , портр.
Кудрявцев Б. Б . :Уi ир в песчин ке. (Рассказ о про­
стых вещах). [М.], «Молодая гвардия» , 1961. 160 стр.
с илл.
Первый раздел книги - «Х аос» - знакомит с
атомно-молекулярным строением веществ а и свой­
ствами газов ; второй - «На пути к порядку» - рас­
сказывает о свойствах жидкостей и их практическом
применении, а третий - «В мире порядка� - о кри­
сталлах .
Новожилов Б. Б . О твердых жидкостях. М ., «Зна­
ние» , 1963. 48 ст р.
Брошюра об аморфных тела х, их свойствах и от­
лпчпях от кристаллов .
Орлов В. И., Тростинов В. Н . Частицы , из кото­
рых состоит мир. М.,
«Советская Россия» , 1961.
144 стр .
П арнов Е . И. Дальний поиск . М., Госатомиздат,
1963. 256 стр . с илл. (Научно-популярная б-ка).
Книга по священа строению и свойств ам атомного
ядра и элементарных частиц, новей шим достижениям
ядерной физики .
Парнов Е . И. , Глущенко Е . А. Окно в антимир.
Изд. 2. М., Госатомиздат , 1963. 79 стр . с илл.
Авторы рассказывают , как были открыты антича­
ст1щы - анти поды электрона , протона , нейтрона, как
объясняет современная яде рная физика некоторые
космические явления , кююе применение сможет найти
антивещество .
Рыдник В. И. Четвертое состо япие вещества . М .,
«Советская Россия», 1962. 102 ст р.
Из этой книги можно подробно узнать о плазме ,
ее получении 11 возможном иснол ьзовании .
Рыдник В. И. Что такое квантовая механика. М .,
«Советская Россия », 1963. 220 стр .
В этой книге объясняются основные положения
квантовой механики и рассказано о том , как с ее по­
мощью удалось понять строение и свойства атомов,
молекул , крист аллов .
Сиборг Г. Т . , Вэленс Э. Г. Элементы Вселенвой.
Перевод с англ . под ред. акад. А. П. Виноградова. М.,
Физматгиз , 1962. 260 стр . с илл.
Эту увлекател ьную книгу написали крупнейшие
американские физики. Она охватывает широкий круг
явлений - от атомов до Вселенной: из чего состоит
веществ о, как устроен мир и как наука проникла внутрь
ядра .
Трифонов Д. Н. Границы и эволюция периодиче­
ской систем
·
ы. М., Госатомиздат , 1963. 168 стр .
ЧТО ЧИТАТЬ ПО ФИЗИКЕ И ХИМИИ
Автор рассказывает об изменениях, которые нро­
изошли в периодической системе за последние десяти­
летия , о том , какие изменения в пей можно ждать в
будущем. Книга доступна старшим школ ьникам .
Франк-Каиенецкий Д. А. Плазма - четвертое
состо яние вещества. Изд. 2, испр . М., Госатомиздат ,
1963 . 160 стр . с илл . ( Научно-популярная б-ка).
Юнг Р. Ярче тысячи солнц. Повество вание об уче­
ных-атомниках. М., Госатомиздат , 1961 . 280 стр. с илл .
Краткая история «атомного века», начиная с от­
к рытия радиоактивности и кончая взрывом атомной
бомбы .
О превраще11иах вещества
Азерников В. З. От спички к ракетному топливу.
[М.], «Молодая гвардию>, 1961 . 141 стр . с илл .
Азерников В. З. Разгаданный код . М., «Знание» ,
1963. 40 стр. с илл.
В брошюре рассказано о то м, как ученые пытаются
разгадать химическую основу наследственности . Книга
доступна старшим школьникам.
Андреева Е . В. Без соли не проживешь. Л ., Дет­
гиз, 1963. 174 стр. с илл.
Поваренная сол ь, химическое соединение натрия
и хлора. .. Автор рассказывает много интересного
об этом всем хорошо известном веществе.
Андреева Е . В . и Андреев Ю. Н . Огнем рожденное.
Л.,
Детгиз , 1957. 208 стр . с илл.
Книга об истории русского стекла , о производ­
стве и применении стекла в науке , технике и быту .
Бахтамов Р. Властелин Окси-ми ра . М ., « Детска я
литература », 1965. 21\J стр. с илл.
Увлекательный рассказ о кислороде, его соед-11не­
нилх и применении их в технике .
Буянов А. Ф . Властелины атомов . М., «Молодая
гвардия», 1962. 239 стр. с илл.
Вода и воздух , растения и полезные ископаемые -
все состоит из атомов. Современ ная химия получает
из одних сочетаний атомов молекулы-карлики , из
других - молекулы-гиганты. А какие удивител ьные
вещества можно получriт ь из этих молекул , узнаете,
прочитав эту книгу.
Васильев М. В. Знакомые незнакомцы . (Элементы
зем;ци , воды и воздуха). М ., «Советская Россия», 1964.
35<Э стр .
Книга рассказывает о неметаллах, их соединениях,
истории их открытия и изучения, о широком примене­
нии в промышленности и сельском хозяйстве .
ВасиJ1ьев М. В. Металлы и человек . М., «Советская
Россия» , 1962. 416 стр . с илл.; 8 л. илл.
Свойства металлов ; руды ; пол учею1е чугуна и ста­
ли; металлообработка ; металлы , применяемые в тех­
нике; металлы будущего .
Васильев М. В., Гущев С. З . Репортаж из XXI века .
Мы записали рассказы тридцати девяти советских уч е ­
ных о науке и технике будущего . Изд. 2, до п. М., «Совет­
ская Россия•, 1963. 340 стр .
Химии посвящен раздел «Материалы, которых ждет
техника»; в разделе «Во имя жизни и изобилия» рас­
сказывается о биохимии и применении химии в сель­
ском хозяйств е.
Вилле Г. Г. Чудесный мир воды . Перевод с нем .
Л.,
Детгиз, 1963 . 142 стр.
В главе «Вода в реторте• рассказано о том , кт!\
и как открыл химический состав воды ; что такое пере­
кись водорода ; как разлагают воду на составные части ;
почему вода бывает «мягкой• и «жесткой».

СПРАВОЧНЪJй ОТДЕЛ
Власов Л. Г. , Тр11фонов Д. Н . Рожденные заново.
М., «Знание» , 1962. 48 стр .
О том , как былн созданы 11 скусственные элементы,
каковы их своiiства и области применения . Доступна
школ ьникам ста рших классов .
Власов Л., Трифонов д. За нимател ьно о химии.
М., «Молодая гвардия» , 1965 . 255 стр. с илл.
Сборн ик маленьких расскююв о периоди ческой
си стеме, реа кцкях и соеди нениях , хими ч е ском а нал и­
зе , практических дости жениях химии.
Rольпер И. Н. Большая хим1ш. [М.), «М олода я
гвардию>, 1961 . 160 стр. с илл.
Рассказы об искусственных красках, каучуке,
пластмассах 11 друг11 х синтетических материал ах, сел ь ­
скохозяйств енной химии, «малой» - бытовой химии
и, наконец, о будущем химической науки.
Зубарев Г. Н. Что ты знаешь о пластмасса х? М.,
Детгиз , 1960. 143 стр . с илл . (Школьная б-ка) .
Зубарев Г. Н. Химия в цехе. [М.]. , «Молодая гвар­
дия», 1j:J62. 10 ст р. с илл . ( 1:\ш1ж кu-помощники) .
Козлов П. М . Вторжение мифа . М ., «Молодая гвар­
дию>, 1960. 78 стр . с илл . (Химия идет в наступленЬе) .
О бор ьбе химии с коррозией , б11чом металлов , о но­
вых материаJJах, заменяющ11х металл , о химических
машина х-математи ках и химически х двигателя х.
Кнунянц И. Л. , Фокщ,1 А; В. Покорение непри­
стушюго элемента . М., Изд-во АН ССС Р, 1963. 192 стр.
(Научно-популярная серия ).
В этой книге речь идет о фторе, о том , как химию�
открыли его , получили в ч11стом виде и нашли способы
применять в технике.
Крупин В. l\ арлики рождают ги гантов. М., «Мо­
лодая гвардия», 1965. 200 стр. с илл.
Очерки о биохимю1.
Лаврухина А. К., Колесов Г . М. Образование хи­
м и ческих элементов в 1\осмических телах. М.,. Госатом­
и:щат, 1962. 172 стр. (Научно-популярная б-ка).
1:\ ниrа о строеюш веществ а, о распространении .
обраэоваюш и эволюции элементов во Пселенной.
Доступ на школьникам старших классов .
Лысогоров Н., Тонгур В. Полимеры - клетl\а­
ж11з11ь! [М . ), (< Молодая гвардия», 1961 . 192 стр .
В книге рассказывается о том , как устроена живая
клетка, о б11ологичесю1х полнмерах - белка х-фермен­
тах, структурных белка х, нуклеиновых кислота х и их
роли 11 образовапин беJJка .
Ляпунов Б. Химия всюду. М., «Детская литера­
тура», 1965. 160 стр.
1:\ нига о ро.1и химю1 в нашей жизни и успехах
хим ической науки.
Моралев11ч Ю. А . :Мир пластмасс . :М ., «Детский
мир» , 1959. 72 стр .
Прошли веl\а камня , бронзы, железа ". Наступил
веl\ искусственных , синтетичесю1х материалов, в ко­
тором мы живем . Пластмассы - одни из важнейших
представителей мйра сuнтетию1 . 1\ ак онн появиш1сь,
что ош1 дают нам сейчас, что можно ожидать от ннх
в будущем - об зтом рассказывает ю1 ига .
Неисчерпаемый. Сборник. М., «Молодая гвардию),
1964. 496 стр .
Статьи разных авторов об угл ероде и его соед ине­
ниях.
Нехоженым11
тропам11 . Сборн ик . Составитель
С. Берданосов . :М., (< :Молодая гварди я» , . 1965 . 240 стр.
с илл.
Статьи и заметю1 (из журналов и га зет 19б4 г.)
о важнейших дости жениях химии , сгруппированные
в два раздела: «Материалы ХХ века)> и <( В труде и
быту)> .
Николаев Л. А . 1\ атализ и химия будущего . М .,
«Знание)>, 1962. 48 ст р.
Ускорить или, наоборот , замедлить х од хпмпч е­
скоi реакции - такую задачу выполняют катали:�а­
торы . Автор брошюры рисует увл екательные перспек­
тивы применения катализаторов- ускоритеJJей и ::�амед­
лителей в химии .
Новая химия. Перевод с англ . :М ., Изд-во АН
СССР, 1959 . 208 стр. (Научно-популярная серия) .
Новое в химии . Сборник статей . М ., «Hayl\a)>,
1964. 364 стр . (Научно-популярная серия).
Статьи разных авторов о новых химическпх э.1е­
мента х и реакциях, о новых метода х исследованпя и
о направлении развития химии. Для старшего воараста .
Орбиты чудес. Сборник. М.,
(< Правда», 1963.
64 стр . (Б-1\а (< 1:\омсомол ьской правды)> ) ,
Раздел «Мост в будущее» посвящен хнм�ш и пер­
спеl\тивам развития химичесl\ой науки IJ бJJижаiiшне
Два десятилетия .
Поляков В. Г . Кислород . Для учащихся ста рших
классов. М., Учпедгиз, 1961 . 100 стр. с илл.
Пурмаль А. П. В мире кремния . М., Детгиз, 1962.
96 стр.
Земная кора почти на одну треть состоит пз крем­
н1�1евых соед инений. Прочитав эту книгу , вы узнаете
о минералах, содержащих Rремний , и об нх свойствах
и применении в технике , об искусств енных его соедн­
нения х.
Путешествие в страну элементов . Сборник. М .,
«:Молодая гвардию>, 1963. 368 стр .
«Картой страны элементов)> названа перrюднче­
сная система . Авторы ::�нююмят со свойствами хшш­
ческих элементов , составляющих неживую природу,
а также с элементами , пол ученными искусственным
путем .
Ребиндер П. А. На сты ках науl\. М., «Знание» ,
1963. 40 стр.
Рассказ о принципах и достижениях физичесяой
химии и физико-химической механию1 .
Реутов О. А. О р ганичесl\иЙ синтез и его перспекти­
вы. :М., Гостехиздат, 1958. 96 стр . (Науч1щ-11опулярная
б-ка) .
1:\нига знакомит с тем , как химики на училис 1, со­
здавать высоl\омолекулярные вещества и как в наше вре­
мя из угля, нефти , природных газов и отходов ра:�лнчных
.производств создаются многие милл ион ы тон н различных
материалов .
Розен Б. Я. :Материалы тысячи н азначенпil. Л .,
Детгиз, 1960. 143 стр . с илл .
Эта книга о том , ·К ак человек выигрывает сорев но­
вание с природой в создании всевозможных материа­
лов и о могуществе химии, изготовляющей материалы
«по заказу)>,
Розеи Б. Я. Семья солеродов. :М . , Детгиз, 1956 .
160 стр . (Школьная б-ка).
В книге описаны история открытия , свойства
и применения четырех галогенов - фтора , хдора ,
.брома и йода ; упоминается также и об искусственно
созданном пятом галогене - астате .
Розен Б. Л. Чудесные добавки. Л ., (( Детская лп те­
ратура» , 1964. 183 стр . (Шl\ольная б-ка) .
:Микроiшементы и их значение в сельсl\ом хозяй­
стве и жизни человека.
·
Рудой Б. Л. Новая жизнь стеl\л а. :М. , «Знанnс»,
1963. 48 стр.
О новых сортах и новых применениях стек ла.
Свешников М. П . Тайны стеl\ла. Изд. 3, до н .
Л.,
Детгиз, 1955. 191 стр . с илл. (Шl\0J1 ьная б -ка) .

Автор рассказывает , как было открыто стекл о,
как его изготовляют , какие виды стекл а тепер ь суще­
ствуют и какое применение оно находит в технике.
Степанов Б. И. Рассказы о больших молекулах.
М ., Детгиз, 1961 . 101 стр . с илл . (Школьная б-ка).
В книге рассказано , как создаются искусствен­
ные волокна , красители, каучуки, синтетические мате­
риалы - пластмассы . Заключител ьная глава посвя­
щена химии больших молекул .
Таубе П. Р., Руденко Е. И. От водорода до?..
Изд. 3 . М., «IJысшая UIKoлa», 1964 . 352 стр .
Читая эту книгу, вы совершите путешествие по пе­
риодической системе элементов , узнаете об истории
их открытия , их свойствах и применении.
Трифонов Д. И . Рассеянные элементы . М., «Зна­
ние» , 1964 . 40 стр.
Открытие , свойства и применение рассеянных эле­
.ментов: скандия , галлия , германия , таллия , индия ,
гафния, рения.
Трифонов Д. И. Путешествие в страну РАИ. М .,
•Молодая гвардию>, 1960. 102 стр .
Ннига о радиоактивных изотопах и о том , как
меченые атомы помогают металлургам и врачам ,
химикам и биологам , агрономам и машиностроителям.
Трифонов Д. И. Элемент 61 , его прошлое, насто я­
щее и будущее . М., Госатомиздат, 1960 . 56
.стр .
Книга досту пна школьникам стар111их классов.
Трифонов Д. И. Элементы с необычной судьбой .
Технеций, астатин, франций. М ., Госатомиздат , 1961 .
96 стр.
Ннига доступ на школьникам ста рших классов.
Тр11фонов Д. И. Если бы не было урана и тория...
М., Изд-во АН СССР, 1963. 88 стр . (Научно-по пуляр­
ная серия ).
Уран и торий - единств енные перв ичные рад110-
активные элементы , существующие в земных минералах
в рудах. Ннпга доступна учащимся старших классов .
Трифонов Д. И. Удивител ьное семейство элементов .
М., «Знание» , 1963. 40 ст р.
В книге рассказано об истории открытия редких
з емел ь и об их удивительных свойствах. Ннига доступна
школьникам ста рших классов .
Фердман Д .•
1. Химия живого . М ., «Знание» ,
1963. 40 ст р.
Проблема белков, нуклеиновых кислот , содержа­
щихся в ядре живой клетки, и использование энерг1ш
питател ьных веществ - таково основное содержание
брошюры . Брошюра доступна ста ршим школьникам .
Ферсман А. Е . Занимательная геохимия. Химия
Земли. Изд. 3. Л., Детгиз, 1954. 488 стр . (Шкщ1ы1ая
б-к а).
Герои этой книги - иаиболее распространенные
и важные химические элементы , которые встречаются
в живой и неживой природе . Автор рассказывает об их
свойствах , о путешествии атомов в земных недрах, вод­
ной и воздушной стихии и об атомах в космосе.
Фиалков Ю. Л . Девятый знак. М., Детгиз , 1963.
142 стр. с илл.
О том , как химики научились получать сверхчи­
стые вещества и какое значение это имеет для науки
и техн ики.
Финкельштейн Д. И . Инертные газы . М. , «Знаю1е»,
t960. 40 стр.
Брошюра доступна школьникам старших классов .
Фролов В. А., Юдкевич Р. В. Металлы будущего.
М., «Советская Россия », 1960. 184 стр .
Авторы подробно характеризуют металлы ряда
групп ме1щел еевской таблицы и значение в современ-
ЧТО ЧИТАТЬ ПО ФИЗИКЕ И Х ИМИИ
ной технnне чистых металлов и сплавов с редкими ме­
таллами.
Храпковский А. И. Занимательные очерки по хи­
мин. Л., Детгиз , 1958. 102 стр . (Школьная б-ка . В
помощь самодеятел ьности пионеров и школ ьников) .
Шпаусус 3. Путешествие в мир химпи. Перевод
с ием. М., Учпедгиз, 1959. 454 стр .
Ннига знакомит с важнейшими химическими эле­
ментами, их соед инениями, основными законами и тео­
риями химии , примене11иям11 ее в быту 11 промышлен­
ности .
Юрмин Г. Веселый художник , 11 ли Чудеса бе3 ч у­
дес. Изд. 2. Ил л. Л. Ромасенко 11 В. Рытман. М ., «Д ет­
ская лит-ра» , 1964 . 109 стр . с илл . (Школьная б-ка).
Рассказы о пластмассах , искусствен ных nолок нал,
каучуке, коже.
История науки о в�ществе и оtнергии
АрлазоровМ.С.Циолковский.Предисл.
Ю. Гагарина . М., «Молодая гва рдию>, 1962. 319 стр .
с илл. , портр . (Жизнь замечател ьных людей) .
Болховитинов В. Н. Александр Григор ьевич
С т о л е т о в. 1839-1896 . [М.], «Молодая гвардия»,
1953. 512 стр. с илл . (Жизнь замечател ьных людей) .
Бронштейн М. П. Солнечное вещество. Изд. 2.
М.,
Детгиз, 1959. 104 стр. с илл.
В этой интересной и увлекател ьно написанноii
книге изложена история открытия гелия , элемента ,
который сначала был обнаружен на Солнце и только
�ю том на Земле.
Бублейников Ф. Д. О движении. И3 истории меха­
ники . М., Детгиз , 1956. 212 стр. с илл . (Школьная б-ка ).
Бублейникgв Ф. Д. Джемс Нларк М а к с в ел:1.
М., <с Знание» , 1960. 48 стр.
Бублейников Ф. Д. , :Минченко Е. Л . Очерк ра3в11-
тия классической механики. М., Учпедгнз, 1961.
224 стр. с илл.
Веселовский И. И. А р х и м ед. М., Учпедгиз,
1957. 112 стр . с илл. (Нл ассики физики).
Веселовский И. И. �ристиан Г ю й генс. М"
Учпедгиз, 1959. 112 стр . с илл. , портр .
Гумилевский Л. И . С востока - свет! М., Детгиз ,
1958. 248 стр.
Биографическая повесть о жиз1ш великого рус­
ского химика А. М. Б утлеро в а.
Дижур Б. А. Путешественники-н евпдимки. Рас­
сказы об эл ементах. М., Детгиз, 1956. 96 стр . (Школь­
ная б-ка) .
В книге рассказывается об истории открытия эле­
ментов щелочной группы периодической системы . За­
ключительный рассказ посвящен открытию Д. И. Мен­
делеевым периодического закона элементо в.
ДуковВ. М. Петр Николаевич Лебедев.
Изд. 2. :М., Учпедгиз, 1956. 120 стр.
Ивановский М. П. Золотое правило. М., Детгиз,
1959. 64 стр . с илл . (Школьная б-ка).
Рассказ о великом ученом древности А р х и м е де.
Ильин М. ,
Сегал Е . Александр Порфирьевнч
Бороди 11 . М., «М олодая гвардию>, 1957. 416 стр.
(Жизнь замечател ьных людей) .
Келер В. Р. Сергей Вавило в. М ., «Молодая
гвардия», 1961 . 240 стр . (Жизнь замечательных людей).
Космодемьянский А. А. Очерки по истории меха­
ники . Изд. 2, доп. М., �Просвещение� . 1964. 456 стр.
Жизнь и труды Л. Эйлер а, М. В. JI омоно­
сова, Н.Е.Жуковского,А.Н.Крылова,
К.Э.Циолковскогоидругихученых.

СПРАВОЧllЫИ ОТДЕЛ
.КудрявцевП.С.ИсаакНьютон.Изд.3.М"
Учпедгиз, 1963. 142 стр . с илл . и портр . (Классики
физики) .
.Кузнецов Б. Г. Эйнштейн. (Изд . 2). М" Изд-во
АН СССР, 1963. 414 стр. с илл. (Научно-биографиче­
ская серия).
О жизни и науч ном творчестве Альберта Эйн штей­
на - одного из величайших физиков современности .
Нечаев И. Рассказы об :элементах. М" Детгиз,
1960. 144 стр. с илл.
Научно-художественные очерки об истории откры­
тия ряда химических :элементов.
Пиотровский .К. В. Сергей Л е б еде в. М., «Мо­
лодая гвард11я�, 1961 . 238 стр . (Жизнь замечательных
людей) .
Писаржевский О . Н. Наука древняя и молодая.
М" «Молодая гвардия* , 1962. 208 стр.
Очерки о работах выдающихся ученых-химиков
академиков Н.Д. Зелинского, С.В.Лебе­
дев а, А. Н. Несмеянов а, Н.Н.Семено в а,
13.А.Каргипа,П.А.Ребиндера,В.А.Эн­
гельгардта.
Писаржевск11й О . 11 . Дмитрий Иванович Мен ­
д с л еев. Из_!; . 2, доп. М" «Молодая г вардия», 1951 .
464 стр . (Жизнь замечател ьных людей) .
Файнбойм И. Б. Ире11 и Фредерик Ж о л и о-
1-\ юр11 . М" «Просвещение* , 1964. 64 стр . с илл .
Файнбойм И. Б. Эрнест Резе рфо рд- чело век,
заглянувший в глубь атома . М" «Знание* , 1958.
48 стр. с илл. и портр.
�
Описание физических , химичес ких явлении на
примере горения парафиновой свечи. .
Ферми Л. Атомы у нас дома . Новосибирск , Изд-во
Сибирского отд- ния АН СССР, 1963. 339 стр . с илл.
Авто р рассказывает о жизни и работе Энрико Ф ер­
ы и - одного из величайших физиков современности .
Шаскольская М. П. Фредерик Ж о лио-К юри.
М" «Молодая гвардия*, 1959. 267 стр . с илл . и портр .
Чеи и 1сак наиеряют
Борисов В. Б. Эталоньi и системы единиц. М" «Зна­
ние», 1964. 62 стр.
Депман И. Я . Меры и метрическая система . М . -Л "
Детгиз , 1953 . 100 ст р. (В помощь школьнику) .
Меры (длины , веса и площади), употреблявшиеся
в древности разными народами . Преимуществ а приня­
той тепер ь метрической системы мер. Отдел ьная глава
посвящен а ста рым русским мерам .
Плонский А. Ф . Измерения и меры . М" Гостех­
и здат , 1956. 64 стр . (Научно-по пулярная б-ка).
Читател ь знакомится с :эталонами мер длины и ве­
са , измерительными приборами , точностью и способами
измерений физических величин - времени, температу­
ры, давления , с :электрическими измерениями .
Резников JI . И. Международная система единиц
в курсе физики средней школы. Изд. 2, до п. М" «Про­
свеще ние* , 1964. 72 стр .
С11раоо чные юJда11 ня
Гальперштейн Л. Я . 11 Хлебников П. П. Лаборато­
рия ЮНОГО фИЗИFа. М" ДеТГИЗ, 1962. 128 стр. С ИЛЛ .
(Б-ка пионера «Знай J1
1
умей») .
Кошкин И. И., Ширкевич М. Г . Справочник по :эле­
ментарной фи:шке. И зд. 2. М" Физматгиз , 1962. 208 стр .
Соколова Е . И . Юному физику. М" Учпедги з,
1956. 256 стр.
554
Справочные материалы , примеры , вопросы , задачи ,
описание изготовления простейших физических прибо­
ров .
Книга рассчитана на школ ьников среднего и стар­
шего возраста .
Хендель А. Основные законы физики . Перевод
с нем. Изд. 2, М" Физматгиз , 1963. 310 стр.
Справочник (механика , молекулярная физика ,
оптика , :электричество, атомная физика) .
На.учная фантастика
Беляев А . Прода вец воздуха. Роман. Собр . соч.
Т. 2. М" «Молодая гвардия�, 1963, стр . 131 -276.
Беляев А. Светопреста вление. Рассказ. Собр. соч.
Т. 8. М ., «Молодая гвардия», 1964, стр. 6-75.
Беляев А . Над бездной. Рассказ. Собр. соч . Т. 8.
М" «Молодая гва рдия�. 1964, стр . 225 -243 .
Бердник О . Путешествие в антимир. В сб. ; Б е р д­
н и к О. Сердце Вселенной. Перевод с укр . Т ашнент ,
«Еш гвардия», 1963, стр. 63-112.
Верн Ж. Таинственный остров. Перевод с франц.
Собр. соч. Т. 12. М. , Изд-во худож. JJИт-ры, 1957.
Верн Ж. Двадцать тысяч л1.е под водой. Перевод
с франц. Собр. соч. Т . 4. М ., Изд-во худож . лит-ры,
1957 .
Верн Ж. С Земли па Луну. Вокруг Л уны. Перевод
с франц . Собр. соч. Т. 1. М" Изд-во худож. лит-ры,
1957, стр. 319-686.
Верн Ж. Опыт доктора Окса . Перевод с франц. Собр .
соч. Т . 12. М"Изд-во худож. лит-ры , 1957, стр. 367 - 624 .
Верн Ж. Необычайные приключения :экспедиции
Барсака . Перевод с франц. (Ромап). М" Географгиз,
1958. 168 стр. с илл.
Войскунский Е., Лукодьянов И. Экипаж «Мекон­
га*. Книга о новейших фантастических открытиях и
ста ринных происшествиях, о тайнах вещества и о мно­
гих приключениях на суше и на море. М" Детгиз ,
1962. 544 стр . с илл . (Б-ка прикJiючений и научной
фантастики) .
Гансовский С. Ф. Миша Перышкин и Антимир.
Вкп.: Гансовский С.Шагив неизвестное.
Повести 11 рассказы. М" Детrиз, 1963, ст р. 70 -90 .
Гернсбек Х. Ральф 124-С -4 1+. Роман о жизни в
2660 году. Перевод с англ . М" «Прогресс» , 1964. 1n5 стр .
1\нига написана в 1911 г. Интересен научный и
технический прогноз автора 110 предста влениям того
времени.
Гребнев Г. Нев1щимка . Рассказ. В кн. : «Невиди­
мый свет» . М" «Молодая 1· вардию>, 1959, ст р. 102 - 114 .
Гуреви ч Г. Иней на пальмах. Повесть . М" Труд­
резервизд ат, 1957 . 160 стр. с илл.
l' уреви ч Г. Рождение шестого океана. Ро ман. М .,
Профтехизда�. 1960 . 459 стр. с илл. (Фантасти ка. П ри­
ключени я).
Днепров А. Глиняный бог. Повесть. В кн .: Дне­
п р о в А. Формула бессмерти я. Рассказы и повести .
[М.], «Молодая гва рдия» , 1963 , стр. 3-95, с илл .
Днепров А. Пятое состояние . Рассказ. В кн .:
Дне:iровА.Мир,вкоторомяисчез.М"«Молодая
гвардия�. 1962, стр. 44 -70.
Днепров А. Пурпурная мумия . ( Рассказы) . М.,
«Детская JIИтерату ра», 1965. 284 стр . с илл . (Б-ка при­
ключений и научной фантастики).
Долгушин Ю. ГЧ (Генератор Чудес) . Научно-фан­
тастический р оман. [М.], Трудрезервиздат , 1959.
424 стр. с илл.

Ефремов И . Соr Serpenti s (Сердце Змеи) . Повесть.
В кн. : Е ф ремо в И. Юрта Ворона. М" «Молодая
гвардия»,
1960 , стр . 214-284 .
Кларк А. Лунная пыль. Рассказы . Перевод с англ.
М" «Знание» , 1965. 344 стр. с илл.
Конан Дойл А. Открытие Рафлза Хоу. Роман .
В сб .: Конан Дойл А. Избранные научно-фанта­
стические произведения.
[М.], «Молодая гвардию> ,
1957, ст р. 12-104.
Куприн А. И. Жидкое солнце. Собр. соч . Т. 5.
М.,
«Правда », 1964 , ст р. 334-393.
Нечаев И. Белый карлик. Рассказ. М . - Л" Детгиз,
1943. 55 стр .
Полещук А. Великое Делание, или Удивител ьная
история доктора Мекаюrкуса и его собаки Альмы.
Повесть. М., Детгиз , 1959. 192 ст р. с илл .
Полещук А. Ошибка Ал ексея Алексеева. Повест ь .
[М.], «Молодая гпардпю>, 1961 . 170 стр . с илл .
Савченко В. Черные звезды. Повесть. М" Детгиз,
1960, стр. 3-183.
Стругацкий А. , Стругацю1й Б. Стра на багровых
туч . Научно-фантастическая повесть. М" Детгиз, 1960 .
296 стр . с илл . (Б-ка приключений и научной фан­
тасти ки).
Толстой А. Н . Гиперболоид 1ш женера Гарина .
Аэлита . М" Детгиз, 1963. 447 стр. с илл . (Б-ка при­
ключений и научной фантастики) .
Уэллс Герберт . Война миров. Перевод с англ.
Собр. соч. Т. 2. М" «Правда», 1964, стр. 5-160.
Уэллс Герберт. Война в воздухе. Перевод с англ .
Собр. соч. Т. 4. М., «Правда», 1964, стр. 3-292.
Уэллс Герберт. Человек , который делал алмазы .
Перевод с англ . Собр. соч . Т. 1. М" «Правда», 1964,
стр. 432-440.
Уэллс Герберт . Хрустальное яйцо . Перевод с англ .
Собр. соч. Т. 3. М" «Правда», 1964 , стр. 476-494 .
Циолковский К. Э. Путь к звездам . Сб. научно­
фантастических произведений. М ., Изд-во АН ССС Р,
1960. 353 стр. с илл.
Сборники
В московских и ленинградских издате11 ьств ах
выходят альманахи и сборники научно-фантастических
произведений и научно-популярных статей . В них
вы можете найти произведения , непосредственно каса­
ющиеся фи3ики и химии .
А л'ьма нах научной фантастики . Вып. 1 . М ., «Зна­
ние»,
1964. 326 стр . Вып. 2, 1965. 296 стр. Вып. 3,
1965. 278 стр .
В мире фантастики и приключений. Л" Лениздат ,
1959- 1964. [Сб . 1], 1959. 576
стр . [Сб. 2], 1963.
672 стр. [Сб. 3], 1964 . 712 стр.
Мир приклю че н ий. Альманах. М"Д е тгиз , 1955- 1964 .
.No 1, 1955. 458 стр. с илл. .No 2, 1956. 365 стр. с илл.
.No 3, 1959. 44() .стр. с илл. No 4, 1959. 383 стр. с илл.
No5,195П.443стр.сиш1..No6,1961.327стр.силл.
.No 7, 1П62. 318 стр. с илл. .No 8, 1962. 296 стр. с илл.
No 9, 1963. 544 стр. с илл. .No 10, 1964. 798 стр. с илл.
No 11, 1965. 784 стр. с илл.
Научно - фантастические рассказы американских
писателей. Перевод с англ . М " Изд-во иностранной
лит-ры , 1960 . 528 стр .
Библиотека современ ной фан тас тию1 в 15 тома х.
М" « Молодая гварди ю> , 1965.
Том 1. Ефремов И . Туман ность Андромеды. Звезд­
ные корабли , 1965. 462 стр.
ЧТО ЧИТАТЬ ПО ФИЗИКЕ И ХИМИИ
Том 2. Кобо Абэ. Четвертый ледниковый период.
Тоталоскоп , 1965 . 236 стр.
Том 3. Брэдбери Р. 451° по Фаренгейту. Расс казы,
1965. 344 стр.
Том 4. Лем С . Возвращение со звезд . Звездн ые
дневники Ийона Тихона , 1965 . 398 стр .
Том S. А нталогия фантастичес1шх расс к азов. Пе­
реводы с итальянского, польского, французского, че11
1
-
ского, нем ецкого, японского. 1965. 318 стр.
Современная зарубежная фантастика . М., «М оло-
дая гвардию>, 1964 . 396 стр .
·
Пути в незнаемое . Писатели ра ссказывают о науке.
М" «Советский писателм, 1960- 1 964 . Сб. 1, 1960 .
527 стр. Сб. 2, 1962. 582 стр. Сб. 3, 1963. 636 стр. Сб. 4,
1964. 610 ст р. Сб. 4. 1965. 500 стр.
Сборники доступны школьникам ста ршего возраста .
Фантастика , 1962 год . М" «Молодая гв ардия�,
1962. 480 стр .
Фантаст11 ка, 1963 год . М., « Молодая гвардия», 1963.
365 стр.
Фантастика , 1964 год . М" «Молодая гвардия�.
1964. 367 стр .
Фантастика , 1965 год . Вып. 1. М" «Молодая гва р­
дию>, 1965. 286 стр . Вып . 2. 1965. 360 стр. Вып. 3.
1965. 224 стр .
Хочу все знать. Научно-популярный альмана х.
(Для сред . 11 старш . возраста). Л" Детгиз (Ленингр.
отд-ние) , 1957- 1965. 1957 . 280 стр. 1959 . 280 стр . 1960 .
278 стр . 1961 . 303 стр. 1963. 336 стр. 1965. 317 стр.
Эврика . (Идеи . Поиски. Решения) . Сб. М" «Моло-
дая гвардию>,
1963 -1964.
1963. 352 стр. с илл.
1964. 280 стр . с илл.
Научно-попуоJiярные Ж!·рнаоJiы
«Знание -сила» . Ежемесячный нау чно-попул ярн ый
и науч но-художественный журнал рабочей молодежи .
Помещает статьи и очерки о дости жениях физ ики ,
химии, биологии , а также техники и технических наук ;
информации о новых книгах, научную фантасти ку.
(< Наука и жизны> .
.Ежемесячный научно-поп уляр­
ный журнал Всесоюзного о- ва «Знание» .
Рассчитан на широкий круг читателей . Печатает
статьи о проблемах и достижениях науки и тех никu.
Бо.l{ьшое место уделено практическом у применению фи ­
зических и химических открытий. В каждом номере
приведены физические , математические и логические
задачи .
(< Природа». Ежемесячный популярный естествен­
нон нуч ный журнал Академии наук СССР .
Доступ ен школьникам старших классов. Публ и­
кует статьи ученых о проблемах и дости жениях
естественных наук .
(< Техника - молодежи» . Ежемесячный молодеж­
ный производственно-технический журнал. В основ­
ном помещает статьи ученых и инженеров. Дает
рецензии на новые научно-популярные 1ш иr11 ; по­
м ещает на учно-фанта стические произведения.
(< Химия и жизн ь>) . Ежемесячный научно-попу­
лярный журнал Академии наук СССР .
Рассчитан на широкий круг читателей. Печатает
статьи о химии и смежных науках. Публикует на уч­
ную фантастику.
(< Юный техник» .
Ежемесячный Популярный
научно-технический журнал для юношества. Боль­
шое внимание уделяет техническому творчеств у,
даются описания и чертежи моделей.

C.JIOBAPЬ-YRAЗATE.JIЬ
А
Абсолютно чер11ее тело - тело, поглощающее пол­
ностью весь падающи й на него поток излучения. - 174,
21 7, 546
Авиценна ( Ибн Сина) , Абу Али (ок . 980 - 1037)­
таджикский философ 11 естествоиспытатель .-
463
А вогадро , Ам едео (1776- 1856) - итальянский хи­
мик и физик.- 544
Авогадро число - 6,02 · 1023 - число молекуд в
г рамм-молекуле или атомов в грамм-атоме .- 2 04 , 415,
527
АвтоматичесRая Rосмическая станция - косм11че­
ск11й аппарат, приспособленный для научных иссле­
дований .- 4 4- 51
Автопилот - устройство
для автоматического
управления летател ьным аппаратом .- 78
Агг.аютинация - см . Коагуляция .
Агрегатное состояние вещества - общее наимен о­
вание для твердого, жидког о и газообразного состоя­
ний вещества.- 429
Аденозинтрифосфорная кислота - соедин ен ие, бла­
годаря 1\Оторому осуществляется пе ренос и выделе­
ние энергии в живом организме . - 20
Адиабатическая пушl\а � устан овка дл я сжатия
газов .- 131
АдиабатичесRиЙ процесс - процеос , протекающий
без теплового обмена со средой .-
95, 141
Адреналин - г ормон , вещество , П()дд ерживающее
жизнедеятельность живых организмов . -
49:}
Адсорбент - тело, на поверхности ноторого про­
исходит поглощение веществ и з онружающей среды . -
414 , 415
Адсорбция - поглощение различных веществ из
га зов или жидкостей на поверхности тв ердых тел -
адсорбентов .- 414 , 422
Азбука Морзе - телеграфный нод, в нотором каж­
дой бунве алфавита соотв етствует комб инация то чен
и тире.- 221
Азотобактер1111 - бантерии, способные усваивать
атмосферны й азот . -
4;17
Акваланг - аппарат со сжатым воздухом , п озво­
ляющий человеку длител ьное время дышать под во­
дой. -
86
Аккумулятор э,лектрический - устройство, превра­
ща ющее электрическую энергию в химическую и об­
ратно .-
258, 408
А крилонитрил - химичес кое соединение, и з квто­
рого получают полимеры д.'lя во локон «нитрон» .
-
467
АRтивац11 онный анализ - метод химического а на­
лиза , осн о ванный па превращении исс ледуемог о ве­
щества в ради оактнвн ое воздействием облучения ней­
тронами или быстрыми 'Iаст1щами .-
382-384
Активные молеRулы - мол екулы, обладающие и збы­
точн ой кинетичесl\ОЙ энергией . -
546
·Актиноиды - 15 радиоактивн ых элементов 111 груп­
пы периодической таблицы. - 334 , ;357, 392
АRустика - учение о звуl\е.-
9:1
Ализарин - органический к раситель красного цве­
та. -
459, 460
Аллотропические формы (модификации) - фор мы
существова ния одн ого и того же элемента, отличающие­
ся физ ическими свойствами и строением . - 1 31 , 435
Алмазы искусственные .- 1 6 2, 548
Альварец , Луне (р. 191 1) - американский физик. -
285
Альфа-распад - тип радиоактивного п ревращен и я,
при котором испуснаются альфа-частицы .- 285, 286 , 357
А.1ьфа -частица - ядро атома гелия . - 27 5, 382
Америций - иснусственно получен ный химический
элемент .No 95 .
-
357, 360 , 392
Амиды - орган ические вещества , содержащие амид­
ную г руппу (CONH). - 434
Ам11лаза - один из ферментов; вещество, ус коряю­
щее химицеские реакции в живых организ мах . - 5 06
Аммиака синтез. - 399, 4:П
Аминокислоты - ор ганичесю1е соединения , содержа­
щие одно временно две функциональные группы - NH2
и СООН - у одного углеродного атома. Из аминокис­
лот состоят белкн .- 2 1 , 457, 498-500 , 509
Ампер - единица силы электрического тока в СИ.-
207, 527 , 529
Ампер , Андре Марн (1775- 1836) - французский
фи з ик и математик.- 2 05, 545
Амплитуда Rолебания - ве личина, размах коле·
баш1я.
-
:н , 111, 186, 226
Ангстрем - еднница длины = 1 О
-
8 см.=10-1° м.- 413,
529
Ангстрем , Андерс Ионас (1814-1874) - шведский
физик .- 52 9
Андерсон , Карл Дэвид ( р. 1905) - америнан ский
физик.- 283 , 547
Анестезин - обезболивающее вещество .- 4 9 6
Анизотропии закон : физ ические свойства твердых
тел рааличны при измерениях в разных направлени­
ях. -
371 , 372
Анилин . -
459
Анион - отрицательно за ряженный и он n элеl\Т \Ю·
лите.- 416
Аннигиляция - превращен ие частицы и антича­
ст1щы в форму материи , не имеющей массы . - 1 48, 270,
354, 547
Анод - положител ьный эп.ектрод, на кото ром раз­
ряжаются отрицател ьные ион ы-анионы. - 229
Анодирование - эл ектрол итическое
образование
пленки о кислов на поверхности металла .-
447
Антенна - устройство дл я получения н приема
электромагнитных в олн . -
221 , 227
Античастица - элеме нтарная ч астица , спин и мас­
са к оторой равны спину и массе «основной» частицы , а
электрический заряд и маг1111тный момент равны по ве­
личине н противопол ожны по з наку . -26 8, 353, 355, 369
Ант11г1шерон - элемента рная частица.-2 7 0
Антинейтрино.- 267, 272, 286
Антинейтрон. - 269, 548
Ант11Нуклон .- 2 69
АнТl
l
протон .- 269, 306 , 548
Ар - мера площади = 100 м2.- 530
Араго , Д оменик Франсуа ( 1786- 1 853) - францу з­
ский физ ик и астроном.-
95, 205, 206, 545
Аристотель (:�84-322 до н. э .) - древ11ег речесю1й
философ .- 543
Армиро ванные пласт1ши - полимеры , упрочненные
в о локнистым материалом .- 488
Ароматичесю1е углеводороды - о рган ически е ве­
ществ а, в молекулах которых есть бен зольные коль­
ца .-456
Аррениус , Св анте Август (1859- 1 927) - шведс кий
физико-химик .- 2 91 , 546
Архимед (ок. 287 -212 до и. э .) - д ревнег реческий
математик 11 механик. -
84 , 179, 54:1
Архимеда сила - действует на тело, погруженное
в жидкость, н а правлена вверх .- 214
Аршин - ста ринная мера длины в России =
= 71,12 с.ч.- 524, 531

Аскорбиновая 1шслота ( витамин С) - органическое
вещество, необходимое длР 1;ормального обмена ве­
ществ в живом организме . -- 49 3 , 497
Ассоциированные моJ1екулы - молекулы, соединен­
ные в более крупную частицу .-
433
Астат
искусственно полученный химический
элемент No 85 .- 3:18, 542
Астроиомичес�;ая ед11 иица - расстоя ние от Земли
до Солнца , мера длины в астрономии = 149 598 100 ±
±750 км .- 24:1, 24(j , 530
Астрофизика - раздел астрономии , иссл едующий
физическое состо яние небесных тел. - 346
Астрохим11я - ра здел астрономии , исследующий хи­
мический состав небесных тел.-
351
Атактические полимеры - полимеры , в молеку­
лах кото рых боковые группы располож ены нерегуляр­
но .-
479
Атмосфера техническая - е диница давления , рав­
на 0,9806 бара или 1 кгсfсм2. -1 27, 529, 530
Атмосфера ф11з11ческая - давление, уравновешивае­
мое столбом ртути в 7 60 мм пр11 температуре 0° Ц. -
530
Атом - наименьшая частица химического эле мен-
та .- 262
·
Атомистическая теория - учен ие о прерывистом ,
зернистом строении матерю� .-
543
А томная бомба - устройство для осуществл ения
взрыва, вызываемого неуправляемым делени ем или
синтезом атомных ядС'р . -
270
Атомный вес - масса атома :элемента , вы раженна я
в единицах атом ного веса . Единица атомного веса -
1/1
2
масс ы атома углерода С•2 .-
321, 322, 545
Атомный (ядерны й) реактор - устройство д;1я оеу­
щеетвления регулируемой цепной реакции деле1111я
атомн ых ядер .- 295 , 547
Афелий - наиболее удаленная от центрального т е­
ла точка орбиты небесного тел а, обращающегос я во­
Rруг иего, например Солнца. - 44
Аэродииамш1а - наука о движени11 в газообразной
среде .-
67
Аэродииамичес1;ая труба - установка для исследо­
вания поведения обтекаемых тел в газово м пото­
ке. -
71, 546
Аэродинамическое качество - отношение подъем­
ной силы самолета R сопротивлению среды . -
67, 70
в
Бактериофа г. -
501
Бальмер , Иоганн Якоб (1825-1 898) - швейцарский
математик .
-
178, 179
Бар - единица давлешtя в СИ . -
529
Барбитуровая кислота - органическое вещество ,
п роизводные кото рого (барбитураты) применяются Ra R
снотворное . -
49(j
Барионы - общее название тяжелых элементарных
:частиц .-
268
Бари - един ица эффективного поперечного сечения
при ядерных процессах = 10-24 см 2 .- 52 5
Басов, Николай Геннадиевич (р. 1922) - советский
физик .-
547
Бах , Алексей Н11колаевич (1857-1946) - совет-
ский биохимик . -
546
Бегущей волны лампа - радиолампа .-
236
Безынерционность . - 2 3 1
Бейльштейи , Федор Ф едо рович (1838-1906) - рус­
ский: химик-органик.- 4 54
СЛОВАРЬ-УКАЗАТЕЛЬ
Беккерель , Антуан Анри (185 2-1908) - француз­
ский физик . - 27 4, 317, 546
Бе.ч (децибел ) - лог арифмическая единица измерения
отношен ий физических ве личин . - 98
Белки - высокомолекулярные веществ а, состоя­
щие из аминокислот , важнейшая соста вная часть всех
живых организмов .- 20 , 457 , 499, 505 , 509
Бензол - простейший ароматический углеводо-
род. - 456, 545
БерlVIИЙ - искусственно получен ный химический
элемент No 97.- ::141, 392, 542, 547
Бернулли , Даниил (1 700-1782) - швейцарский иате­
матпк и механик, в 1725-1733 гг . работал в Россип .-68
Бертолле , Клод Луи (1 748-1 822) - французский
химик. -
150
Берцелиус , Иёнс Якоб (1779-1848) - шведский
химик и мицсралог .-
451, 536, 539, 544, 545
Бета-распад - радиоакти вное превращение атом ных
ядер , соп ровождаемое испус канием электронов или пози­
тронов (бета-частицы) .- 266, 271 , 272, 285 , 286 , 288
Биение - периодическое изменение амплитуды ко ­
. , еба ниii , происходящих одновременно, н апример зоу­
к ооы х, электромагнитн ы х. - 1 02
Бинауральный эффект - способность слухового
аппа рата определять направление на источник зву­
ка.- 99
Биополимеры - полимерные вещества, образую­
щпеся в жнвых организмах.- 457
Би охимия - наука о хим 11чС'с ких процессах , свой­
ст венных живой материи . - 389
Бит - единица измерения информации.- 531
Б.'Iагородиые газы - элементы нулевой группы
пернодической системы .-
330
Блею1етт , Патрик Мейпард Стюа рд (р. 1897) -
английский физик. -
547
Бозе , Шатьендранат (р. 1892) - индийский фи­
зик. -
271
Бойль , Роберт (1627-1691) - английский химик
и физик.- 94 , 543
Бойля - Мариотта закон : объем газа при постоянной
т емперату ре обратно пропорционален давлению . - 5 43
Болевой порог восприятия - предел чувствительно­
сти уха по от ношению ·К зllука111 очень бол ьшой мощ­
ности. -
99
Болометр - прибор для измерени11 лучисто й энер­
пш. -
175, 251
l»ольцман , Людвиг (1844- 1906) - немецкий фи ­
зик. -
165
Бонч-Бруевич , Михаил Алоксапдрович (1888-
1940) - советский инженер 11 физик .- 2 31
Бор , Нильс Генрик Давид (1885- 1 962) - датский
физик. - 1 78, 179, 218, 325, 546 , 547
Бора правило .- 218
Боразон - еинтетическое соединение , не уступаю­
щее по тве рдости алма:эу. - 1 3 3
Брадлей, Джеймс (1693 -1762) - английский аст­
роном.-
544
Брауиер , Босуслав (1855- 1935) - чешский хи­
мик.-
331
Бройль , Луи де (р. 1892) - французский физик.-
195, 547
Бунзен , Роберт Вильгельм (181 1-1899) - немец­
кий химик.- 347 , 380, 452, 545
Бустер - вспомогат ельный мех анизм для увели­
:чения рабочего усилия машины .-
76
Бутлеров, Александр Михайлович ( 1828 - 1886) -
русский химик .-
460, 474, 475, 545
�экои , Фрэнсис (1561-1626) - английский философ
и естествоиспытатель .- 145

СПРАВОЧНЫЙ ОТДЕЛ
в
Вавилов , Сергей Иванович ( 1891 -1951) - совет­
ский физик.- 184, 185, 19:3 , 547
Вакуум - разреженн ое состоя ние газа .- 116, 210,
212, :3 51 , 369, 370
Валентность - сво йство атома соединяться с опре­
�еленным числом других атомов . -
427. 431 , 545-547
Ван- Гельм онт , Ян Баптист (157 7-1644) - rолланд­
сю1й естествоиспытатель.
-
543
Ван-дер-Ваальс , Ян Дидерик (183 7-1923) - гол­
ландский физик .-
139
Вант-Гофф , Якоб Гендрик (1852- 1914) - г о лланд­
сwий химик .-
460
Ватт - единица мощности в СИ. -
529
Вебер - единица 11змерения потока электромагнит­
пой ю�дукции в СИ.- 208
Векслер, Влади мир Иосифович ( р. 1907) - совет­
ский физик . -
547
Вектор - изображение любой величины, имеющей
11аправле1ше, например, силы.- 30
Вёлер , Фридрих (1800- 1882) -немецкий химик .- 54 5
Верста - русская мера длины = 1,0668 км .-
531
Вершок
ста ринная .РУССкая мера длины =
4,445 см.- 524, s:н
Вес тела - сил а, с к ото рой тело притягивается
к Земле. -
526 , 54;3
Весовой анализ - метод определения к оличествен­
ного состава веществ . -
381 , 382
Вестибулярный аппарат - орган человека и жи­
вотн ых , обладает чувстви тельностью к изменению рав­
новесия.- 59
Вечный двигател ь второго рода - в оображаемый
двигател ь, · способны й превращать в работу теп лоту
холодильника - 157
Взлетно-посадочная скорость самолета .- 7 4
Вильсон , Чарлз Томсон Рис (1869- 1 960) - анг­
ли йский физик . -
303 , 546
Вильсона камера - прибор, делающий видимыми
следы движущихся элементарн ых частиц . - 304 , 382
Вильштеттер , Рихард (1872- 1942) - немецкий хи­
мик-органик. - 54 7
Вин , Вильгельм (1864-1928) - немецкий физик .-
192
Винклер , Клеменс Александр (1838- 1904) � немец­
ю1 й химик.-
315, 382
Вирусы - живые организмы , более мелкие, чем
микробы .-
21, 501
Витамин С - см . Аскорбиновая кислота.
Витамины
веществ а, жиз н енно необходимые
организму.-
458, 497 , 505
Водоизмещение - к оличество вытесн енной судн ом
воды .- 89
Водород атомарный. -
328, 346 , 350, :3 52
Водородная связь - соединение двух атомов в раз­
пых молекулах « через водород» .- 4:3а
(<Водородная смерть ВсеJJенной» - ложный выв од
некоторых учен ых из современных научных дан н ых . -
352
Волны - распространение колебаний. -
93, 171 ,
212, 221
Волны электрома гнитные - электромагнитное поле,
распространяющееся в пространстве. -
212
Вольт - единица измерения разности электрических
потенциалов в СИ .- 52 9
Вольта , Алесса11дро (1745- 1827) - итальянский
физик и физиолог.-
203 , 529, 544
Вольтов столб - гальванический элемент .-
544
Вольтова дуга - электрический разряд, возникаю­
щий между электродами . -
367
Всемирного тяготения закон : сила взаимодейств ия
двух тел пропорци ональна произведен ию их масс и
о братно пропорцион альна квадрату расстоя11 11я между
НИМ\1.-
543
Вуд , Роберт Уильямс (1868- 1 955) - американск11й
физик .-
173
Вулканизация - превращение сырого к аучука в
эластичн ую резину . - 47 5
Выпрямитель - устройство для преобразования
переменного т о ка в постоянный. -
253 , 376
Высокодисперсный - с ильн о раздробленный .-
422
Выталкивающая сила - сил а, действующая на
погруженное в жидкость тело, равна весу вытеснен­
ной жидкости .- 81
Вязкость - способность материал а сопротивляться
перемещению в нем одного слоя относительно друго­
го.-
363
г
Габер , Фриц (1868- 19:34)
546
немецкий химик.-
Газовая дuнамика - раздел механики газов и жид­
к остей, изучает их движе11ие с учетом сжимаемости . -
68
Гаао - жидкост ная хроматогр афия - метод хими­
ческого анализа .-
388
Галактика - зве:щная снстема, в состав к ото рой
ВХОДИТ Солнце .-
267
Галилей , Галилео ( 1564- 1 642) - италья11ский аст­
рон ом, физик и механик . -
25, 142, 145, 543
Галогены - химические элементы VII группы пе­
риодической системы.- 330 , 427 , 431, 435
Галс - курс судна относительно ветра . -
92
Гальвани , Лу1щжи (17:n-1798) - итальянский
физиолог и физик.- 203, 544
Гальваничесl\ие элементы - источники эл ектриче­
ского тока , п о лучаемого при химической реакции. -
203, 204, 406, 408, 544
Гальванометр - прибор, измеряющий слабые эл ект­
рические токи.- 107
Гальванопластика - элеl\тролитическое осажден ие
металла на поверхность предмета для воспроизведен ия
его формы .-
204 , 545
Гальваностегия
электро литическ ое осаждение
т онкого слоя металла на поверхности металлического
предмета для защиты его от к о ррозии .- 2 04
Гамалея , Николай Федорович (1859- 1 949) - со­
ветский микробиолог .- 50 1
Гамма - последов ателыюсть тонов , входящих в
о ктаву. -
103
·
Гамма-квант - наименьшая доза энергии гамма-лу­
чей. - 354
Гамма -лучи - коротковол нов ые электром агнитные
к олебания, возникающие при радиоактивных превра­
щениях . -
183, 275, 288, 289
Ган , Отто (р. 1879) - немецкий физик . -
283, 296,
547
Гарт - сплав свинца , сурьмы и о лова .-
443
Гаусс , К арл Фридрих (1777-1855) - немецкий
математик и физик.- 54 5
Гейгер , Г анс (1882- 1945) - немецкий физик. - 3 0 3
Гейгера-Мюллера счетчик - прибор, поз в о ляющий
регистрировать электрически заряженные частицы . -3 03

Гейзенберг , Вернер (р. 1901) - немецкий фиsик . -
282 , 547
Гей- Люссак, Жозеф (1 778- 1850) - французский
физик и химик .- 95, 150, 544 , 545
Гектар - мера земельпой площади = 104 м2 . - 530
Гел ь - студнеобразное состояние растворов. -
417
Гельмгольц , Герман Людвиг Фердин анд (1821-
1894) - немецкий естествоиспытатель.- 20 8 , 545
Гемоглоб11н - сложный еелок, к расный пигмент
к рови .-
504
Генератор ламповый - устройство для получения
элек тромагнитных колебаний с помощью электронных
ламп .- 2:н
Генератор электрического то ка - устройство для
преобразования механической энергии в электриче­
скую. -
208
Геохимия - наука о химическом составе пород
Земли . -
345
Гербициды - химич еские средства для уничтоже­
ния сорняков.- 418, 467
Герике , Отто фон (1602-1686) - немецкий физик . -
201 , 543
Германий - химический элемент No 32 . -
382 ,
383 , 450
Герон Александрийский (1 в. н. э .) - древнегрече­
ский ученый.- 5 43
Герц - един ица частоты колебаний в СИ . -
221 ,
529
Герц , Генрих Рудольф (1857-1894) - немецкий
физик.- Ю, 213, 220, 529, 546
Гесс, Герман Иванович (1802-1850) - русский
химик . -
167, 31 1, 545
Гетеродин - ламповый генератор электромагнит­
ных колебани й.- 234
ГетеропОJ
JЯР
ная связь - см . Ионн ая связь.
Гиббс , Джозайя Уиллард (183 9-1903) - амери­
канский физик . -
165
Гидравлический удар - резкое изменение давления
и ск орости при движен ии жидкости . -
112
Гидриды - соединения химических элементов с
водородом . -
330, 432-434
Гидрогенизация - присоедин ение водорода к дру­
гим веществ ам . -
508
Гидродинамика - наука о движ ени и и действ1ш
жидкостей иа обтекаемые ими тела . -
68
Гидролиз - разложение веществ а водой .-
507 , 546
Гидрокси льная группа - ОН . -415, 479
Гидроксоний-ион Н30. Образуется при соединении
иона водорода с молеl\улой воды. - 4 29
Гидролокатор - прибо р дл я обнаружения тел в воде
или измерения глубины . -
110
Гидрофи льный - проявляющий сильное взаимодей­
ствие с водой. -
414
Ги дрофоб н ы й - проявл яющий слабое взаимодействие
с водой.-415
Гипероны - элементарные частицы с массой в
2182 раза большей , чем у электрона. -
268
Гирокомпас - ком пос , в котором ма гнит зам е нен
на свободно подвешенный гироскоп . - 35
Гироскоп - прибор, основанный на свойстве вра­
щающи хся вокруг оси те л (волчков) сохранять направ­
ление оси вращения .
-
35, 545
Глюкоза - углевод, простейший моносахарид . -
458 , 507
Глютаминовая кислота - одна из аминокислот.-
504
Голос моря - инфразвук , возникающий в районе
зарожден ия шторма. -
108
Гормоны - особые вещества живых организмов,
СЛОВАРЬ-УКАЗАТЕЛЬ
регулирующие жизнедеятель ность и обмен веществ. -
�58, 497
Гра витационная постоянная - коэффициент в фор­
муле закона всемирного тяготения.-
29
Гравитация (тяготен ие) - свойство м ат ериальных
т ел притягив ать друг друга .- 29, 534
Градус - единица измерения температуры . -
52!)
Грамм-моль (грамм-молек ула) - см . Моль веществ а.
Гран - аптек арская мера массы = 0,062 г. -
5:-\ 1
Гремучий газ - вз рывчатая смесь двух объемов
водорода и одного объема кислорода . -
398
Громоотвод - устройство для защиты от молний. -
544
Гроттус , Христиан Иоганн Дитрих (1785-1822) -
литовский физик и химик.-
544
Гук, Роберт (1635- 1 703) - английский естество­
испытатель .-
543
Гюйгенс , Христиан (1 629- 1 695) - гол ландский
механик , математик и физик .-
267 , 543
Давление - сила , действу ющая на единицу площа­
ди .-
145
Давление акустическое - давл ение, возникающее
от звуковой волны в жидкости или газе .-
!)3
Давление света. -
546
Дагеротип - фотография на серебряной пластинке
или стекле по методу Л. Ж. Дагера, од ного из первых
изобретателей фотог рафии . -
169
Д'Аламбер , Жан Л ерон (1717 -1783) - француз­
ский математик и философ . -
544
Дальтон , Джон (1766- 1844) - английский химик
и физик.- 544
Датчик - автоматическое ус тройство, восприни­
м ающее воздействие и звне и передающее сигнал и:�ме­
рител ьному прибору .- 51
Двигатели
авиационные :
турбореактивный . -- 72,
прямоточный. - 73 ; турбовинтовой. -
73
Двигатели будущего (.кос мические): ион ный и фо­
то нный - тяга должна создаваться за счет поток а
и онов или фотонов.- 33, 7;1, 74
ДДТ - препарат для уничтожения насекомых .-
418, 468
Дё�рейнер , Иоганн Вольфганг (1780- 1849) - не­
мецкий химик . -
311
Дезоксирибонуклеиновая кислота ( ДНК) - основню1
составная часть наследственного ве щества в яд рах
живых клеток .- 502-504 , 547
Дейтерий - тяж елый изотоп водорода . -
18, 22,
277, 367, 368 , 511, 514, 515
Дейтрон - ядро атома дейтерия . -
120
Декарт , Рене (1596-1650) - французский фило­
соф , математик и физик .- 543
Декстри н. -50 7
Демокрит (ок . 460-370 до 11 . э.) - древнег реческий
философ. -
543
Десенсибилизатор - веществ о, понижающее све­
точувствител ь ность фотоматериал а.-
462
Десорбция - выдел ение адсорбированного вещества
с поверхности сорбента . -
:1 87
Десятина
старая русская мера площади =
10 925 м2.- 531
Детандер . -
116
Детектирование - преобразование электромагнит­
ных к олебаний дл я выявления передан ного сигвала. -
233, 2;34' 237, 2.14 ' 360' 388
669

СПРАВОЧНЫЙ ОТДЕЛ
Детонация � распространение химического процес­
са со скоростью, превышающей скорость звука. - 46 5,
466
Дефект массы - уменьшение массы при образовании
атома из отдел ьных частиц - нуклонов за счет выде·
ления энергии .-
122
Дефекты твердого тела - нарушения кристалличв­
с1юй структуры .- 3 73, 42 1-423
Дефолианты - вещества, вызывающие опадение
листьев растений .- 4 6 7
Деформации остаточные - изменения формы те ла,
н е исчезающие после прек ращения действия внешней
силы.- 423
Децибел - см. Бел.
Деэмульгатор - вещество, разруша ющее эмуль­
сию. -
419
Джоуль - единица работы , энергии и количества
теплоты в СИ .- 528 , 529
Джоуль , Джемс Прескотт (1818-1889) - англий­
ский физиn . -
110, 152, 199, 529 , 545
Диамагнетики - вещества , обладающие способно­
rп,ю выталnнnаться из магнитного поля . -
117, 20 5,
216
Дидро, Д ени (1713-1784) - французский фил()­
соф.- 544
Дина - единица силы в СГС=1О-5 it.. - 530
Динамик - электродинамический
громкого вори-
тель.- 23 4
Динатронны й эффект - появление вторичных элект­
ронов пр11 бомбарди ровке анода лампы заряженн ыми
частицами. - 232
Диод - электронная лампа с двумя :JЛектродами.-
229, 234
Диполь.- 215, 433
Дирак, Поль А ндриен Морис (р. 1902) - а нглий­
ский фищк .- 270, 547
Дисперсный -- раздробленный, рассеянный .- 413,
422 , 424
Дифр1шционная решетка - оптический прибор,
совок упность большого количеств а узких пара.члель­
ных щелей в непрозрачном эк ране . - 1 74, 189
Дифрющия - огибание преграды волнами . -
111,
187, 363, 543, 544
Дифракция электронов. - 2 67 , 547
Диффузионная 1самера - прибор для обнаружения
заряженных частиц .- 30 5
Диффузия - само произвольное выравнивание кон­
центрац1ш вещества в системе . -
412
Диэлектрики
вещества, почтй не проводящие
электрический ток . -
374
Диэлектрическая проницаемость среды - отн о­
шение сил взаимодействия электр11чесю1 х 3арядов в
среде к таким же силам в вакууме .- 21 0
Длина волны - расстояние между двумя точками
волны , колеблющимися в одинаковой фазе .- 9 3
Доза радиации - количество энергии радиоактив­
ных излучен ий , поглощенное телом ил и живым орга­
низмом в единице объема . - 5 7
Доплер , Христиан (1803-1853) - австрийский фи­
зик и астроном .-
99, 189
Доплера эффе�;т - изменен ие воспринимаемой ча­
стоты колебаний при относител ьном движении источ­
ника и пр11емп ика волн .-
99 , 100, 189
Дросселирование - искусственное сужение потока
жидкости или газа в трубопроводе с последующим рас­
ши рением . -
116
Дроссе.чь электрический . � 233
Дуанты - ускоряющие электроды-ка!l[еры в цикло­
троне.- 358
580
(<Дырка �• - обозн ачение квантового сос.тояния, не
занятого электроном; 11 кристалле полупроводника ве­
д.;ет себя как положительв:ый заряд . -
248
Дырочные полупроводники - полупроводники, в
кото рых носители тока - « дырки».- 249 , 375
Дэви , Темфри (1778-1829) - английский химик и
физик .-
206 , 538, 544
Дюйм - английская мера длины = 2,54 см. - 5 3 1
Дюлонг, Пьер Луи (1785- 1838) - французский
физик и химик. -
545
Дюма , Жан Батист Андре (1800- 1884) - фраи­
цуэский химик .- 5 45
Е
Емкость :;1лектрическая - характеристика системы
проводников , мера величины заряда системы при за­
данном потенциале . -
225, 529
ж
Жансеи , Пьер Жюль Сезар (182.(- 1907) - фран­
цузский астроном . -
172, 315, 545
(< Желуды• - миниатюрная радиоэлектронная лам­
па.= 235
Жиры - сложные эфиры глицерина и жирных кис­
лот. - 505, 508
Жолио - К юри , Ирен (1897-1956) - французский
фиэик .- 28 3
·
Жолио-Кюри , Фредерик (1900-1958) - знамени­
тый французский физик .- 2 8 3 , 547
Жуковский, Николай Егорович (184 7-1921) - со ­
ветский ученый .- 64, 67, 71, 72
Закрылки - устройство на к рыле самолета для
уве личения подъемной силы и снижения посадочной
скорости.- 75
Запас плавучести - способность корабля оставать­
ся на плаву при крене .- 86, 90, 544
Запоминающее устройство - часть вычислител ьной
машины , служащая для хранения закодированной
инфо рмации . -
119
·
·
Звуковой барьер - граница скорости , за кото рой
скорость самолета становится больше скорости зву­
ка. -
67, 68
Зелинский , Николай Дмитриевич (1861 -1953) -
советский химик-органик.- 4 6 5, 547
Зинин , Николай Николаевич (1812-1880) - рус­
ский химик-органик .- 45 9 , 545
Золотник
старинная русская мера веса =
4,266 г.- 531
Зонная плавка - метод очистки веществ от приме­
сей. -
249
Зрительная труба - оптическая система для наблю­
дения удаленных предметов . - 196
и
Иваненко , Дмитрий Дмитриевич (р. 1904) - совет­
ский физик .- 282 , 547

Идеальный газ - вообращаемый газ, молекулы ко­
торого явл яются материальными точками - не имеют
размера и взаимодействуют м ежду собой тол ько меха­
ничес1ш . - 1:З9, 528
Изобары (в ядерной физике) - атомы с разным
числом протонов, но с одинаковым числом нуклонов
(массой ).-2 8 9
Изоляторы - вещества с очень высоким электри­
ч еским со противлением . -
203, 246, 263, 374
Изомеры - соединения одинакового химичес кого
состава, но с различным строением молекулы .- 28 9 ,
353, 361, :-\95, 470, 545 , 547
Изоморфизм - способность атомов или молекул
замещать друг друга в кристаллах, при этом образу­
ются соединения переменного состава.- 5 45
Изотакт11ческне полимеры. -
479
Изотерм11ческий процесс - процесс , происходящий
п ри постоя нной температуре .- 94 , 141
Изотопы - разновидности атомов одного элемента
с одинаковым зарядом ядра , но с различными массо­
выми числами.- 276 , 282, 289, 319, 342, 357, 382, 453,
546 , 547
Изотропность - совпадение физических свойств
веществ а во всех направлениях.- 25
Инверси онная температура - температура , выше
к оторой · реал ьный газ при дросселировании не охлаж­
дается . -
116
Ингибитор - вещество , замедля ющее химичес к ую
реакцию.- 402
Индиго - к раситель ярко-синего цвета .- 4 5 9
Индуктивности катушка - провод, свернутый спи­
ралью или намотанный на катушку.- 205 , 221
Индукция электромагнитная - возбуждение элект­
рического тока при изменении магнитного поля . - 2 06 ,
207 , 210, 545
Индуцированное излучение
электромагнитное
поле, иалуч аемое атомами под воздействием внешнего
электромагнитного поля . - 547
Инерция - свойство тела сохранять равномерное
прямолинейное движение или состояние покоя , если
на него н е действует внешн яя сила. -
543
Инсектициды - химические средства для уничто­
жен ия насекомых .- 4 6 8
Инсулин - гормон поджелудочной железы .- 4 9 9
Интерференция волн - вза имодействие волн между
собой; в зави симости от фазы вол ны могут усиливаться
или погашаться. - 185-188, 544
Интерферометр - оптический измерительный при­
бор, основан ный на интерференции волн света . -
186,
187, 525
Инфразвук - эвуковы е волны с низкой частотой­
меныпе 16 гц.- 9:i, 108
Инфракрасные лучи - электромагнитное излуче­
ние с длиной волны от 0,75 мк до 0,5 мм.- 176, 192
Ион11зационная 1.амера - прибор для обнаруж ения
ион11:111 рующи х излучений. - :ю:з
Понизация - п роцесс образования в веществе
ИОПОВ.- :ЮЭ, :З65, 366 , 409
Ионная связь - химическая связь, обус ловлен­
ная прн тнжением избыточ ных зарндов противоположно
зарнже нных частей мuлеку.'lы - ионов .-
427
Ионообменные смолы - твердые веществ а, об­
падающпе способнос тью об менивать свои ноны на дру­
гие, им еющиеся в жидкости (растворе ) . - 390, 492
Ионосфера - часть атмосферы , лежащая выше
uO �·м . - 2:z:1, :-\65-:зы
Н о ны - электрическп заряженные частицы , ато­
мы 11.'1
1
1 rруцпы атомов , пр11соед111111вшие или потеряв­
ш11е змктрон ы .-
26:1, :юа, ::ю5
036д.э.т.з
СЛОВАРЬ-УКАЗАТЕЛЬ
Иоффе , Абрам Федорович (1880- 1 960) - совет­
ский физик. - 246' . 547
Иприт - чрезв ычайно ядовитое , содержащее с е­
ру органическое соединение, отравля ющее в ещест­
во.- 504
Иразер - усилите ль инфракрасных лучей , дейст­
вующий на основе эффекта индуцированного излуче­
ния. -
241
к
}\авенди ш, Г енри (1731-1810) - английский фи­
зик и химик.- 200, 539, 544
Кавитация .
-
образов ание мельчайших пустот в
жид кости . -
112
Казеин - о.дин из основных белков молока . - 51 0
Калифорний - искусственно полученный химиче­
ский элемент No 98.- 341 , 392, 542, 547
Калория - единица тепловой энергии=4, 187 дж .-
529, 530
Камера-обскура - оптический прибор с мал ым от­
верстием вместэ линзы. -169
КамерЛ1111г-Оннес , Гейке (1853�1926)-голла ндский
физик.- 117, 546
К апица , Петр Леонидович (р. 1894) - советский
физик .- 119, 547
Капрон - синтетическое волокно высокой проч­
ности .- 480
Карат - единица веса драгоценных камней =
0,2 г.- 531
Карбамид - CO(NH2 )2
ние.-· 454, 455
Карбоксильная группа
-
искусственное
#'f)
-
-С
- группа,
"­
он
удобре-
входя-
щая в состав. органических кислот .-
415, 471 , 479
Карбонаты -
·соли угольной кислоты .- 4: Н
Карман , Теодор фон (1881 -1963) - немецкий гид ро­
механик .- 67
Карно ; .Нинола Леон ар Сади (1796-1832) - фран­
цузский физик и инженер.- 1 54, 545
Каскад усиления - электрическое устройство для
повышения м ощности колебаний. -
234
Катализ - ускорение химической реакции под
влиЯнием небольших добавок веществ - катализато­
ров, не изменяющихся в процессе реакции .- 261 , 348,
401, 402, 409, 424, 544, 545, 546
Кати он -ион , положительно заряженный .- 416
Катод
отрицательный электрод.- 2 29
(< Катюша 1> -советский . реактивный миномет . - 38
Качественный анализ - совокупность методов, при-
м еняемых для определения химического состава веще­
ства. -
379, 381
Квант - минимальное количество энергии, и злу­
ч аемое или поглощаемое атомом .- 177, 178, 218, 239,
267, 272, 375, 402 , 546
Квантовая механика .-
177, 239, 267, 327, 547
Квантовая электроника. - 2 40
Квантовые числа - главное , побочное, магнитное,
спиновое - определяют строение электрон ной оболоч­
ки атома.- 323 -32:5
Квантовый переход - изменение энергетического
состо яния атомов или молекул веществ а.- 2 45
Квантовый световой генератор - см. Лазер.
Квантовый успл11тель
прибор для усилсн ин
электромагнитной во.1J11Ы за счет запасенной энергии
атомов веществ а, чt.•рез которое проходит И!tJПульс 11 3-
лучения . -
240
561

СПРАВОЧНЫЙ ОТДЕЛ
Кварки - гипотетич ески е частицы , из которых,
может быть, состоят все известные науке элементар­
ные ч астицы .- 356
Кекуле , Фридрих Август (1829- 1 896) - немецкий
химик.- 460, 545
Кельвин (Томсон), Уильям (1824-1907) - англий­
ский физик .- 114, 178, 545, 546, 547
Кельвина шкала - шкала абсолютной темпера­
туры. -
160, 528, 545
Кенотрон - электровакуумный выпрямитель то­
ка. -
25:�
Кеплер , Иога нн (1571-1630) - немецкий астро­
ном.- 17 7' 54:1
«Керю) - гипотетическо е уплотн ение массы в центре
атомного ядра.- 29 0
К илограмм - основн ая единица массы в СИ . - 5 25
Килограмм-сила - единица и з мерения силы . -525,
526 .
Кинескоп - приемн ая электроннолучевая телеви­
з ионная трубка .-1 92
К инетика химическая - учен ие о ск оростях и ме­
х анизмах химических процессов .-3 9 8 , 407
Кинетическая энергия - энергия движущегося те­
ла.- 271
Кирхгоф , Густав Р оберт (1824-1887) - немецкий
физим. -172, 347 , 380, 540, 545
Кислоты - соедин ен и я, содержащие водород, спо­
соб11ый замещаться на металл .-4:Н -4:13 , 440 , 471
К лапейрон , Бенуа Поль Эмиль (1 799- 1864) -
французский физик . -
138, 139
Клатратные соединения - образуются без участия
валентн ых связей , в резул ьтате м ех анического внед­
рения одних молекул в полости других сложных мо­
лекул .- 33 1
Клаузиус , Рудольф (1822-1888) - 11 емецкий фи­
зик.-161, 545, 547
Клетчатка (целлюлоза) - углевод , соста вляющий
основу оболочек растительных клеток . -458
Клистрон - высокочастотн ая эл ектронная лампа . -
236
Коагуляция - сли пание частиц в ди сперсных си­
стемах . -503
Когерер. -
220
Когерентные колебания - колебан ия ,
способные
к вааимно й интерференции, прои сходящие в одной фа­
зе. -
186, 2:-1 9
Колебания вынужденные - колеба1111я, возникаю­
щие при пери одическом действии внешней силы. - 226
Колебательный контур - замкнутая электрическ а я
цепь, поглоща ющая энергию электромагнит ных к о л е­
баний только определенной часто ты . - 221 , 226, 227
К оллиматор - устройство для получения пучка
параллельных лучей. -1 72
К оллоидный раствор - дис персная система, состоя­
щая и з навешенных в жидкости частиц размером от
10-5 до 10-7 см. -41 7
Колонна синтеза - стал ьной цилиндр , в котором
п од высо rш м давлением идет синтез какого-либо веще ­
ства. -1:В
К олонна хроматографическая - трубка с сорбентом ,
прибор для химического анализа или разделения
сложных смесей .-386, 387
Комбина торика - раздел математики, изучающий
пе рестановки, размещения и со чет ап ия. -3 28
Коммутатор - переключатель эл ектрического то­
к а. -209
Компрессор - аппарат для сжатия и. перемещен ия
газ а под и:3быточпым давл ением . -1 28
Конве1щия - перемещение массы жидкости или
682
газа под действием внешних сил, разности да влений
или температур . -178
Конверсия внутренняя - одна из форм радиоактив­
ного превращения атомов . -289
Конденсатор электрический - устройство, за паса ю­
щее электрический заряд. -2 2 1 , 2:н
Консонанс - согласо ванн о е сочетан ие звуков .- 10 :�
Конструкционные
материалы - материалы д11я
строительства и м а шиностроен ия. - 48 7
Координационная связь . - 429
Коперник , Николай (1473-1543) - по льский астро­
пом.- 543
Кориолис , Густав Г аспар (1792 -1843) - фра11 -
цузсю1й физик .-:ю
Кориолиса сила - дополнительная сила 11нерции
при движении тела во вращающейся системе. - :ю, 31
Корпускулы - общее иазвание частиц материи. -
191
Корпускулярная теория - представление о свете
к ак о потоке частиц.-543
Корпус1�улярное излучение Солнца - п ото к элемен­
тарных заряженны х ч астиц, испускаемых Сол нцем, в
основном протонов . -44 , 48
Коррозия металлов - разрушение, окисл ение, рас ­
творен ие металлов под действием окружающей сре­
ды. -397, 398, 407
Космическая ракета - ракета , способная п реодо­
леть земное п ритяжение, ра звива ющая скорость свы­
ше 8 км/сек. - 45
Космическая скорость : первая - скорость , к оторую
н еобходимо сообщить телу, что бы оно соверша ло дви­
жение вокруг Земли по круговой орбите , - 8 км/сек .-
42, 5:Ю; вторая - ск орость , нео бходимая тел у для
полного преодол ения притяжен ия Земл и,-1 1,2 км/сек . -
5:Ю
К осмическа я химия - новая наука, изуча ющая хи­
мический состав космических тел и межпланетной
среды и происходящих в них химических реа кций . -3 51
Космически(' лучи - непрерывный поток элемен­
тарных ч астиц и электрома гнитных излучений , падаю­
щих на Землю из космоса.-264 , :�56
К оссель ,
Вальтер (1888- 1 956) - немец кий фи-
зик. - 547
Коэффициент воспроизводства ядерного горюче го -
отношение количества плутон ия , получаемог о в атомном
реакторе, к количеству затраченного урана . -:ю2
Коэффициент полезного действия - о тношен ие ко­
личеств а полез11ой энергии, получаемой от ее пре­
образователя , к энергии затраченн о й. -156, 405
Коэффициент размножения нейтронов - среднее чи-
сло нейтрон о в, во:шикающих в:�амен каждого н ейтро­
н а, вызвавшего деление ядра . -298 , 299
К рабовидная туманность - з в ездная туманность в
созвездии Тельца .- 352 , :1 68
Красное смещение - смещение спектраш, ных лин и й,
набл юдаемых в спектрах зв езд и туманностей. - 188
Крахмал.-5 06
Крекинг -. прев ращен ие сложных высо к омолеку­
лярных угJJ еводородов в низкомо лекуля рпые . -465
Криотрон - элем е нт схемы электрон нос четной ма-
111ин ы , раб отает на использова н и и эфф екта сверхпрово­
димости.-118
К ристади н -радиоприемник с кристаллическим дс­
тектором .-25 4
К ристаллическая решетка - правильное распо ложе­
ние атомов, и онов и молекул в кристалл е. -247 , ;3 72
К ристаллогидраты - к риста ллн.ческие веществ а, со­
держащие воду. -39 6
Кристаллы - твердые веществ а, способные о браэо-

вывать естеств енную форму правильного многогран­
ника. -362, 370, 546
Критическая масса - н аиме ньш ее количество ядер­
н ого горючего , при котором становится возможной
цепная ядерн ая реакция .-2 9 9
Критическая температура - температу ра , при ко­
торой жидкость и пар обладают одинаковыми свойст­
вами . -545
Крукс , Уильям (183 2-1919) - английский физик
и химик.-303 , 316, 5:i6
Крутильные весы - прибор для измерения малых
сил по зак ручиванию тонкой нити. -1 99, 200 , 544
Крыло в, Алексей Н иколаевич (1863 -1945) - совет­
ский кораблестроитель и математик. -90
Кулон - единица количества электричества в СИ . -
529
Кулон, . Ш арл ь Огюстен (1736-1806) - француз­
ский фи:шк . -199, 206 , 529
Кулона закон : сила, с которой взаимодействуют
дв а точечных заряда , прямо пропорциональна их
про изведе нию 11 обратно пропорциональн а квадрату
расстояния между ними .-20 0 , 210
Курнанов, Николай
Семенович
(1860- 1941) -
советский химик. - 546
Курчатов, И горь Васильевич (1903 -1960) - совет­
ский физик .-47 3 , 547
Кусто , Ж ак И в ( р. 1910) - французский океано­
лог .-86
Кз розерс,Уоллес (1896- 1937) - американский хи­
мик, созда вш ий нейлон . - 547
Кюри , Мария - см . Склодовская- Кюри.
Кюри , П ьер (18.1 9-1906) - французский физик
и химик.-109, 199, 274, 317, 546
Кюри точка - температура , при которой ферромаг­
нетики теряют способность намагничиваться.-199
Кюрий - искусственно полученный химический
элемент .No 96. -392
Лавировка - дв ижение парусного судна против
ветра по ломаной люши.-92
Лавсан - синтетичес кое волокно . -4 80
Лавуа:Jье , Антуан Лоран (1743-1794) - француз­
ский хим ик. -459, 544
Лазе р - усилитель индуци рованного с ветово го из­
лучения.- 1 80, 181 , 219, 241
Ландау , Лев Давидович (р. 1908) - советский фи­
зик. - 119, 368
Ландсберг , Гео ргий Самуилович (1890-1957) -
советский фи3НК. -547
Ланжевен , Поль (1872-1946) - французский фи­
зик.- 1 09
Лантаноиды - 15 химических элементов 111 груп­
пы периодической таблицы . -:п 1 -:�З3 , :3 01 , 451 -45:i
Лаплас , Пьер С имон (1749- 1827) - французскнй
астроном , математик и физик .-9;), 150
Лауэ , Макс Феликс Теодо р (1870- 1 960) - нем ец­
кий физик . - 546
Jlебеде в, Петр Николаевич (1866 -1912) - русский
физик.- 177 , 2В
Лебедев, Сергей IЗасил ьевич (1874-1934) - совет­
ский х имик-о рганик. - 472, 475
Левенгук, Антони ван (16:-!2-172:i) - голлапцский
биоло г.- 5Э:1 , 54;3
Левкип (V в. до 11. з.)
-
древнег реческий философ .-
543
•
36*
СЛОВАРЬ-УКАЗАТЕЛЬ
Лейденская банка - электрический конденсатор в
виде банки .- 54 4
Лекарственные вещества . -463 , 464
Лекок де Буабодран , Поль Эмиль (1838-1912) -
французский химик . -3 1 4, 452, 545
Ленц , Эмилий Христианович (1804 -1865) - рус­
ский физик. -206 , 545
Ленца правило .-206 , 208
Лептоны - г руппа легких элементарных частиц . -
268
Лесохимия - раздел науки, изучающий химиче­
ские свойств а древесины. -4 6 4
Ле Шателье , Анри Луи (1850- 1936) - фр анцузски й
физико- химик . - 546
Ле Шателье прннцнп. - 40 0 , 546
Либих , Юстус (180:i-1873) - немецкий химик. -
545
Ливень элементарных частиц - множеств енное рож­
ден ие новых злементарных частиц в результате сто лк­
новения частицы космических лучей с атомами атмо­
сферы .-26 7
Линза - прозрачное тело , ограниченное двумя кри­
в олинейными поверхностями . -1 72
Липазы - ферменты .-5 08
Лнстер , Джозеф (1827-1912) - англи йский х11-
рург .-4 94
Лов1щ, Товий Егорович (1757-1804) - русский
хим1ш н фармацевт .- 54 4
Лодыгин , Александр Николаевич ( 1847 -192:3) �
русский злектротехник .-204
Локатор - прибор, определяющий местон ахожде­
ние те.'Iа по регистрации отраженных от него �лектро­
магнитных волн. - 243
Локьер , Джозеф Н орман (1836- 1 920) - английский
астрофизик .-1 72, 315, 545
Ломоносов, Михаил Васильевич (1 711-1 765) -
в ел и кий русский физик , химик , философ и позт. -
145, 166, 459 , 544
Лоренц , Гендрик Антон (1853-1948) - голланд­
ский физик .-214
Лоренца сила - сила, деW:ствующая н а заряжен ную
ч астицу , кото рая движется в магнитном поле . -215
Лосев , Олег Владимирович (1903-1942) - совет­
ск11й физик .-2 5 4
Лоурен с, Э рнест Орландо (1901-1958) - амери­
канский физпк . -342
Лоуренсий - искусственно получен ный химический
злемент .No 103. - 342 , 392
Лошадиная сила - единица мощн ости = 75 кгс/сек =
= 0,736 квт.-12, 530
Лукреций , Тит Лукреций Кар (ок . 99-55 до
н. з.) - древнеримский философ и поэт. -;J43
Лунин , Николай Иванович (1854-1937) - со вет­
скнй биохимик.- 4 97
Лучепреломление - отклонение направления луча
при переходе его и з одной с реды в другую. -54:{
Лье - ста ринная французская мера дл пны =
=4,!'i км.- 5;31
Л ьюис , Гилберт Н ьютон (187 5 -1946) - амер11 кан-
сю1й ф изико-химик . - 54 7
Люкс - единица освещенности в СИ . -529
Люмен - единица светового потока в СИ. -52\J
Люминесценция - свечение
тела,
изб ыто чное
по сравнению
с
температурным изл учением .
-
181 , 183
Люминофоры - вещества, в которых возникает
люмииесценция .-2:39, 252
Ляпунов, Александр Михайл ович (185 7-1918) -
русский математик и мех а ник.-7 7
663

. СПРАВОЧНЫИ ОТДЕЛ
м
Маги ческие числа - числа протон ов или нейтронов
атомного ядра , при которых наблюдаются ре3кие 11 3ме­
нения ядерных свойств .-34 3 , 344
Магнетрон - двух электродная электронная лам­
па е магнитным полем . -23 5
Магнитная буря - большие н еправильные колеба­
ш1я магнитного поля Земли .-36 7
Магнитная ловушка (магнитная бутылка) - аппа­
рат, в котором горячая пла3ма удерживается при по­
мощи :магнитного поля. -1 23
Магнитная масса - мера количества магнети3ма в
п ол юсах магнита .-200
Магнитная постоянная вакуума .-208
Магнитное давление - сила действия магнитного
поля на пла311
1
у.-366
Магнитное поле .-3 67 , 544
Магнитное поле Землн . - 36 7 , 543
Магнитный момент. -2 16
Магнитострикция - 11 3менею1е формы тела при 'Па­
маг1111чивании . - 1 10, 199
Магнитофон - прибор для 3аписи и воспрои3веде­
ния звуков .- 108
Мазер - усилитель индуцированного и3лучен ия ра­
диов олн . -1 7, 219, 241
Майер , Юлиус Роберт (1814-1878) - немецкий
ученый.-1 51 , 545
Майкельсон , Альберт Абрахам (1852-1931) - аме­
риканский физик .-33 , 170, 171 , 187, 213, 546 , 547
Максвелл , Джемс Клерк (1831-1879) - английский
фИ3ИК. -17 1 , 177, 196, 210-214, 220 , 545
Мандельштам , Леонид Исаакович (1879- 1944) -со ­
ветский фи3ик .-214, 547
Маргар11 н - искусственный пищевой жир, полу­
чается гидрогенизацией растительных масел . - 508
Мариотт , Эдм (1620 -1684) - францу3ский фи3ик .-
543
Марковнн1юв, Владимир Вас1шьевич (1838-1904)­
р усский химик . - 545
Маркони, Гульельмо (1874- 1937) - итальянский
радиотехник .-2 21
Масса - мера инерции тел и их гравитационных
свойстн .- 526
Масс-спектрометрический анализ - метод И3Мере­
ния массы и3отопов 11 и3отопного соста ва вещества . -3 83
Материя - фи лософская к атегория д ля обо3наче­
иия объективн ой реальности . Одна из форм материи -
вещест во. - 362 , 370
Мах , Эрнст (1838- 1916) - австрийский философ
и физик. -6 8
Маха число - отн ошен ие скорости движущегося
тела к скорости 3вука .-6 8, 530
Маятник - твердое тело, совершающее под дейстВ,J�,­
ем с11лы тяжести колебания вок руг неподвижной оси.-
31, 543, 545
1\fаячковая лампа - электронная радиолампа . - 2 35
Мегагерц - миллион герц. - 221
Мегаэлектрон- вольт - миллио н электрон-вольт -
ед11ннца энергии .- 529
Международная система единиц (СИ) .- 524-531
Международный геофизиче ский год (МГГ) - пе ­
риод с 1 июля 1957 г. по ;н дек абря 1958 г" когда уче­
ные 65 стран проводпли исследования геофи3ическ11х
процессов на Земле .-42
Междуузл11я - простран ство между атомами в кри ­
сталлической решсткс .-372
Мезоатом - атом , в котором один из электронов
замещен ме3оном .- 35 4
Мезонная шуба - гипотети ческое ок ружен ие ну­
клонов ме3онами в ядре атома .-273
Мезоны - элементарные частицы .- 20, 268, 277,
354, 547
Мейер , Юлиус Лотар (1830- 1895) - немецкий хи­
мик. -31 1
Мейтнер, Лизе (р. 1878) - немецкий фи:шк . - 542
Менделевий -искусственно пол ученный химич еский
элемент .No 101.- 101, 34{, 357, 392, 542, 547
Менделеев, Дмитрий Иванович (1834- 1 907) - ве­
ликий ру сский химик .-3 07 -315, 452, 474 , 545 , 546
Меншуткин, Николай Алексан дрович (184 2-1907)­
руоский химик .-30 8
Мёссбауэр , Рудо льф Людвиг (р. 1929) - немецкий
фи3ик .- 54 8
Метагалактика - совокупность галакт ик, доступ­
ных современным телескопам .-26 7
Метацентр - точка пересечен ия выталкив ающей си-
лы с плоскостью симметрии плавающего тела .- 8 9
Метило вый спнрт .-470
Метр - основная мера длины в СИ . -52 5
Метрическая система измерения - система, в осно-
ву кото рой положен ы метр, килог рамм и дееяти чное
счис ление . -52 5, 544
Механика фнзико-хнмическая . -424, 425
Механик и основные законы - законы Ньютона. -
543
Механический эквивалент тепла .- 1 5 2
Микрометр - инструмен т, 11 3меряющи й длину с точ­
ностью до 1 микрона и менее . -3 60
Микромодуль - миниатю рная радиодеталь полу­
проводн иков . -2 57
Микрон - тысячн ая доля мнллиметра . -52 9
Микроскоп ультрафиолетовый - микроскоп, действу­
ющий с применением ультрафиолетовых лучей.- 1 95 ,
196
Микрофон - прибор, преобра3ующий 3вуковые коле­
бания в электрические . - 105
Милликен , Роберт Эндрус (1868-1953) - американ­
ский физик .- 2 14, 546
Миля -английс кая мер а длины; сухопутн ая миля=
1,609 км , морская = 1,853 км .-531
Ми тчерлих , Эйльхард (1794- 1863) - немецкий хи-
мик .-545
Мицеллы - частицы в кол лоидных растворах.-4 17.
Мишметалл - сплав церия и желе3а.- 453
Модели атома: капельная.- 2 87 , оболочечн ая. -
286 , Ре3ерфо рда -Бора. - 216, 280, 546 , Томсона. -
546
Модуляци я - управляемое и3менение амплитуды ра·
диоволн или частоты их колебаний .-1 05, 224 , 233
Мозли , Генри (188 7 -1915) - английский фи3ик .-
320, 546
Молекула . -262, 362, 468, 516, 517
Молекулярное сцепление - взаимное притяжение
молекул .-41 2
Молекулярные спектры - полосатые оптические
спектры и3лучен ий, со3даваемых И JШ поглощаемых
моле}(улами .- 166
Молочный сахар - углевод .-бН>
Моль вещества - число граммов веществ а, равное
его молекулярному весу. -1 38, 1:19, 415
Монгольфье , Жозеф (1740-1810) и Этьенн (1 745-
1799) - францу3ы, и зобретатели во3душного шара .-6 5
Монокристалл - одиночный кристалл, обладает пра·
вильпым строе нием во вс ей массе. - :Н1
Мономеры - ве щества , молеку.'lы которых способны
соединяться в полимеры . -475

Мономолекулярный слой - слой на границе тел ,
толщиной в одну мол екулу .-4 1 3, 420
Монохроматический луч - состоящий из излуче­
ний с одинаковой длиной волны .-17 1
Морзе , Самюэль (1791 -1872) - америка нский изо­
бретатель. - 22 1
Мотор-генератор - машин а, преобразующая пере­
менный ток в постоянны й (и наоборот) . - 253
Моющие ве щества . - 416
Муассан , Анри ( 1 852- 1 90 7) - французский хи­
мик.-536
Мыла - ще лочные соли высокомол екулярных жир­
ных кислот. - 41 6, 417
М юон (мю-мезон) - элементарная ч астица . - 268 ,
272
Мяг1шя посадка - способ постепен ного преодоле­
ние силы тяжести при посадке ракеты на небесно е те­
ло. -55, 62, 63
и
Направленный синтез - построен ие молекул п о за­
ранее составленному плану. -4 72
Напряжение запирания - отрицател ьное напряжение
на сетк е триода , прек раща ющее поток эл ектронов к
а-поду .- 230
Напряжение механ ическое - мера внутренних сил ,
возникающих в твердом теле в результате внешних
воздействий. -4 2 4
Напряженность магнитного поля. - 529
Напряженность электрического поля. - 209 , 529
Невесомости состояние. -28, 58-60
Нейтрино - элементарная частица .-1 20, 267 , 268,
27 1, 272, 286, 352, 356, 547, 548
Нейтрон - элементарн ая ч астица . -263 , 266 , 271 ,
282, 28Э, 297, 306, 307 , 361, 368, 547
Нейтроны запаздывающие - образуются н е сразу
при делении ядра урана , а при распаде н екоторых
и:ютu11 ных ядер в цепо ч ках распада осколочных ядер­
по:пому запаздывают. -29 9
Некогерентные колебания - колебания , неспособ­
ные к интерференции, проис ходящие в ра:шых фазах,
бес по рядочно. -240
Непредельные (ненасыщенные) - органичес кие ве­
щества , углеродн ые атомы в молекулах кото рых свя­
за ны между собой двой ными или тройными связя­
ми.-476
Нептуний - искусственно полученный химический
элемент .No 93 . -340
Нернст , Вальтер Герман (1864-1941) - немецкий
ф11:з и1>. - 166, 546
Нестеро в, Петр Николаевич (188 7-1914) - русский
военный летчик . - 77
Ниепс де Се н-Ви�;тор , Клод (1805- 1 870) - фран­
цузсю1 й изобретатель.-275
Нильсон , Jl apc Фредери�; (1840- 1 899) - шведский
XИMllK.-315, 546
Нит - единица яркости в СИ . - 529
Нитробензол . -45!:1
Н итрон (орлон) - синтетическое вол окно . - 478
Нихром - сплав никеля , хрома и ж елеза . - 443
Новокаин - обезболивающее средство . - 496
Нуклеиновые кислоты и нуклеотиды - сложные ор-
ганические соединения , входящие в состав ядер кле­
то к жиных организмов . -21 , 458, 502
Нуклоны - общее названи е протон ов и нейтронов .-
268 , 290
СЛОВАРЬ-УКАЗАТЕЛЬ
Н улевая энергия - энергия , к ото рой обладает фи­
зическая система в наинизшем энергетическом состоя­
ншr. - 148
Ньюлендс, Джон Александер (1838- 1 898) - анг ­
лийский химик .-31 1
Ньютон - единица силы в СИ. -5 28
Ньютон , Исаак (1643- 1 727) - английский физик,
астроном и математик .-24 -32, 94 , 171, 173, 197, 200,
267, 381 , 529, 543
Ньютона сила - сила тяготения . -21 4
о
Обертон.
-1 01
Оболочка электронная - совокупность эл ектрон ных
о рбит одного энергетического у ровня. -3 2 3 - 3 25, 329
Обратной волны лампа. -
236
Объединенный институт ядерных исследований -
научно-исследовательский институт, в кото ром ра бо­
тают физики из стран социалистического содружества,
находится в г. Дубне .-269
Окисление электрохимическое - о кисление ве щес тва
при электролизе. -409
Окислы амфотерные - вещества, к оторые прояв­
ляют в зависимости от условий то кислотн ые, то основ­
ные свойства. - 440
Октава - з вуковой интервал , объ един яющи й 12
полутонов . -10 3 .
Октано вое число - пок азатель антид етонацион ных
свойств бензина . -46 6
Окуляр - часть оптической системы , обращенная
непосредственно к глазу . -173
Ом - единица
электрического
сопроти11ле11 ия
в СИ.-529
Ом , Георг Симон (1787 -1854) - немецкпй физик . -
204 , 545
Омега - минус частица - одна из :тементарных ча-
стиц. -26!:1 ·
Оптические изомеры - вещ ества , которые при оди­
наковом химическом и структурном составе обладают
зеркально противоположным строением .-395
Орбитальный захват.
-
поглощение ядром электро­
на с ближайшей оболочки . -28 5, 286
Ортохроматические пластинки - фото пласт инки с
повышенной чувствительностью к зеленому и желто­
му , цветам .-462
Освещенность - величина снетового потока, при­
ходящегося на единицу поверхности . - 180, 52\J
Осколки ядерного деления .- 357
Оствальд , Вильгел ьм Фридрих (185:3- HJ:\2) - не­
мецкий физико-химик и философ . -546
Остойчивость - способность судн а возвращат ься
в положение равновесия .-88
Относительности теория . - 32-34 , 170, 2 6 5, 2 7 1,
546
п
Пальчиковая лампа - компактная радиолампа , при­
годная для усиления высоких частот.- 234.
Панхр омат11ческие фотоматериалы - фотопластин ки
(пленки) , чувствительные ко всем ц ветам видимого
света. -462
Папалекси , Николай Дмитриевич (1880- 1947) -
со11етский физик. - 2 14, 547
Парамагнетики - вещества, облада ющие с. пособно­
ст ью втягиваться в м агн итное поле. - 205 , 21G

СПРАВОЧНЫR ОТДЕЛ
Парафины - предельные углеводороды .-41 5
Парацельс , Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст
фон Гогенгейм (1493-1541) - немецкий врач и есте­
ствоиспытател ь. -543
Парсек - астрономическая единица расстояния =
:1 ,084 · 1016 м.- 530
Паек - противотуберкулезный препарат .-495, 496
Паскаль , Блез (1623-1662) - французский мате­
мат1ш , физик и философ.-8 2, 543
Паули , Вольфганг (1900- 1 958) - швейцарский фи­
зик. -327, 547
Пенициллин - лекарственный препарат , а нтиби-
отик.-496, 547
Пеногаситель - вещество, разрушающее пену. - 41 9
Пенополимеры. -4 8 8
Пепсин - фермент ж елудочного сока .-50 9
Перегрузки сила - сила, возникающая при движе-
нии тела с ускорением против направления силы тяже­
сти .-29, 58 , 77
Переменный ток - электрический ток с периодиче­
сю1 меняющимися величиной и нап равлением .-208
Переохлажденная жидкость - жидкость, ох лажден­
ная ниже температуры замерзавия .-52 1
Перигелий - точка -орбиты небесного тела, наиболее
бли:�кая к Солнцу, или спутн ика - к Земле .-44
Период колебаний - промежуток времен и, через
кото рый повторяются фазы колебания . - 31 , 94
Период полураспада - время , в течен ие к оторого
расп адается половина атомов радиоактивного вещест­
ва. - 266, 278, 382
Пер1шн , Уильям Генри (1838-1907) - английский
хпмн к-органик. - 45 9
Петров, Василий Владимирович (1761 -1834) -
русский физик .-2 03 , 204 , 544
Пикар , Огюст (1884- 1 962) - швейцарский фи-
зик , исследователь стратосферы. -86
П11кофарада - един ица электрической емкости =
10-12ф. - 5:Ю
П11лотаж высший - сложный маневренный полет
на само лете .-7 7
Пион (пи-мезон) - элементарн ая частица .- 26 8
Пироксилин - взрывчатое веществ о. -46 4
Пирометр - прибор дл я измерения высоких темпе-
ратур.-251
П11фагор (ок . 580- 500 до н. э.)- древнег реческий
философ и математик .- 543
Плави1ювая 1сислота - водный раствор фтор11стого
водорода.-361
Плавучесть - способность корабля оставаться на
плаву при крене. -86 , 90, 544
Плазма - состояние вещества .- 1 20, 123, 365
Плазмотрон - устройство для проведения химиче­
сю1х ре::� кциii в плазме. -36 8
Плазмохин 11 плазмоц11д - противомалярийные пре­
па раты . -495
Планк, Макс Карл Эрнст Людвиг (1858- 1947) -не-
мrцкнй физик .- 150, 177, 217, 546
Планка постоянная . - 1 77, 178, 218
Платинит - сплав железа и никеля. - 443
Платон (427 -347 до 11. э .) - древнег реческий
философ.- 543
П.11отность тела .-84 , 85
Плутоний - радиоакти вный химический элемент
No 94.-357, 359
Победит - сплав карбида вольфрама с кобальтом .-
446
Поверхностно-активное вещество - вещество. по ­
ншкающее поверх н остное натяжение .-41 4, 423 , 424
566
Поверхностное натяжение - сил а, стремящаяся со­
к рат��ть поверхность тел . Вызыва етс н притяж ением
молекул пове рхности внутрь вещества. - 41 3, 414, 522
Подъемная сила .-66
Позитрон - элемент арная частица . -26 6, 268, 272,
283 , 353, 547
Позитроний - атом , состоящий из электрон а и но­
зитрона .-35 3, 547
Позитронный распад - радиоактивны й распад, с о­
провождающийся вылетом позитронов.- 283
Пойнтинг , Джо н Генри (1852- 1914) - английский
физик . -213, 546·
Полиакрилаты - синтетич еские полимеры .-4 91
Полиакрилонитрил - полиме р, продукт полимери­
зац ии акрилонитрила. -47 7
Полиамиды - синтетич еские полимеры. -491
Поливинилхлорид - синтетический пл астический
материал. -476, 478
Поликонденсация . -479-480
Полимеризация .-479, 481
Полимер - высок омолек улярное вещест во, молеку­
лы к оторого состоя т и з большо1·0 числа повто ряю­
щихся звеньев. -4 5 5, 473-492.
Полим орфные модификации - разл ичные формы
кристаллическо г о строения у одного и того ж е вещест­
ва. - 131
Полинг , Лайнус Карл (р. 1901) - америка нский
химик. - 5 47
Полипропилен - полимер , продукт полимериза ции
пропилена . - 467
Полисахариды - сложные углеводы . -4 58
Полиуретаны - полимеры , которые используются
для получения износостойких каучуков и пористы х
м атериалов . -48 4
Полиэтш1ен - полимер, продукт полимери3ации
этилена .-470
Полоний - радиоактивный
хим11ческий элемент
No 84 .-541, 546
Полоса пропускания (в радиоте хнике) - ширина
спек тра частот , необходимого для неискаженного вос­
произведения сигнала.-234
Полупроводники .- 203 , 249, 374, 375, 547
Полупроводниковые холодильни�tи .-258
Поляризация света. -213, 215, 544 , 545
Полярное сияние - свечен ие верхних слоев а тм о­
сферы, вы3ываемое пото ком космических частиц . -366 ,
367
Полярограф - прибор, в к ото ром и3учаются хими­
ческие процессы с помощью электрохимических ха­
рактери стик. -407
П олярографичес1сий анализ - метод электрохими­
ч еско го исследования раство ров. -54 7
Попов, Александр Степанович (1859- 1 905) - рус­
ский физик , И3обретатель ра дио. -105, 220 , 244 , 367 , 546
Порог слышимости - наимен ь ш ая сила звука,
воспринимаемая человеком .-99
Порошковая металлургия - и3готовле11 11е меташ11
1
-
ч ес ких деталей И3 порош ков мета ллов .-424
Постоянст ва состава закон : каждое химическое со­
един ение, не3ависимо от того, к ак оно получено, состоит
из одних и тех же химических элементов, соед11нен11ых
в одних и тех же весовых о тношениях. - :177, 544
П отенциал электрического поля - работа , совер­
ш аемая п олем при перемещении един ичного ноложи­
тельного 3аряда в удаленную точ ку, где потенциал
полаг ают равным пулю.-52 9
Поток плотности энерги11 - к оличество энергии,
переносимQЙ и3лучением чере3 единицу площади в еди­
ницу времени .-97, 213, 545 , 546

Прандтл ь, Людвиг (1875-1953) - немецкий фи­
зик. - 67
Праут , Уильям (1785-1850) - английский врач
и химик. -544
Предельные (насыщенные) углеводороды. -476
Преломление света - изменение направления све­
товых волн, когда они проходят через г раницу двух
сред .- 172, 54:1
Прецессия - движение оси вращения твердого тела,
при к отором эта ось описывает круговую коническую
поверхность. - 3 4
Пристли , Джозеф (1733 -1804) - английский хи­
мик и философ .-544
Пробкотрон - установка, в которой плазма удер­
живается с помощью магнитных полей особой конфи­
гурации (магнитных пробок) . -1 24, 125
Проводники - вещества, хо рошо проводящие элек­
трич еский ток .-203 , 246 , 374, 544
Прометий - искусственно полученный химический
элемент No 61. -285 , 54 1
Промоторы - веществ а, ус иливающие активность
катализатора . -4 01
Пропилен - органическое соединею1е, ненасыщен­
н ый углеводород. -466 , 467
Протий - самы й легю1й изотоп водорода .- 27 7,
511, 514
Протон - элементарн ая частица . -2 6 3 , 266 , 27 1,
547
Протуберанцы - облака или выброс ы светящихся
газов н ад поверхностью Солнца. -172
Прохоров, Александр Михайлович (р. 1916) - совет­
ский физик .-547
Птолемей , Клавдий (11 в. н . э . ) - древнегреческий
астроном и географ. - 543
Пуассон , Симеон Дени (1781-1840) - французсюtй
математик и физик. - 94, 186, 544
Пуд - старинная русская мера веса = 16,38 кг.-
531
Пузырышвая камера - прибор для наблюдения
т раекторий заряженных частиц. -30 6
Пьезокварц. -1 :34
Пьезоэлектри ческий эффект - появл ение электр11-
чески х зарядо в на поверх ности некоторых криста л­
лов, подвергаемых изгибу или сжатию. - 51 , 109, 372,
546
Пядь - ст аринная русекая мера д лины =19,98 см . -
531
р
Равновесия константа . -399
Радиации пояс - окружающее Землю проет ра нство ,
в кото ром магнитным полем Земли конце нт рируются
з аряженные частицы космичес ки х излучений. - 57
Радиаци онная опасность - вредное действие радио-
активных излучен ий на живой орга низм. -5 7
Рад11ац11Онная химия - наука о химических пре ­
вращениях ве щества под действием излуч енил . - 40 4
Радиац11 онный кре1шнг - расщепление тяжел ы х уг­
л е водородов 1ши нефти под действием г амма-излуче­
ний. - 404
Радий - химический элемент No 88 . -2 76, 277 , 54 2,
546
Рад11калы свободные (химические) - высокоактив­
ные ос ко.тш и молекул , обладающие евободноii , ненасы ­
щенной химической связью .-3 4 7 , 351
Рад11оактивная вилка - боковое ответвление в це­
пи превращений радио активного семейства. -
285
СЛОВА РЬ-УКАЗАТЕЛЬ
Радиоактивность - самонроизволыюе прев ращен ие
химического элемента в другой элемент, сопровождаю­
щееся испусканием заряже нных частиц или и:шv­
чением электромагнитной энергии . -27 4, 344 , 546 , 547
Радиоактивные семейства - цепочки радиоактив­
ных химических элементов, возникающих последо в а­
тельно в результате ядерных нревращен ий. -277
Радиоволна в 21 см - «голос водорода» - эл ек­
тромагнитное излучение, испускаемое атомами водорода
в межзвездном пространстве. -3 5 0
Рад11оволны.- 222 , 546 , 547
Радиоизотопы - радиоактивные изотопы химических
элементов (см. Радиоактивность). - :ю 1
Радиолокация - обнаружение тел и их место поло­
же ние по регистрации отраженных ими радиовол н. -
221 , 243
Радиорелейная линия связи - автоматически дейст­
вующая линия связи с промежуточными приемно­
п ередающими р адиостанциями .-22 4
Рад11оспектрометр - прибор для изучения спектров
по глоще ния и излучения радиоволн молекулами . -385
Радиоспектроскопический метод химического анали ­
за - анализ структуры сложных химических соедине­
ю1 й, основанный н а способности а томо в поглощать
радиоволны. -3 8 4
Раздельное осаждение - выделение вещества из
раство ра в виде осадка .-37 9
Разрешенная орбита - орбит а электронов , соответ­
ствующая стабильному уровн ю энергии .-- 23 9
Разрывная длина - хар:штеристика прочности ма­
териалов на разрывной длине стержня любого сечения
из данного материала .-423, 424
Разрядный шнур плазмы - узкий канал наиболь­
шей ионизации при разрядах молнии или в пла змо­
тронах . -1 23
Ракета - летател ьный аппарат, движущийся под
действием силы отдач11, которую создает струя отбра ­
сываемых газов .-35, 37, 41, 42
Раман , Чандрасекара Венката (р. 1888) - индий­
сю1й физик .-54 7
Рамзай , Уил ьям (185 2-1916) - английский химик
и физик.- 1 72, 316, 330, 546
Рассеянные злементы -.хи мические элементы , не об­
разующие в при роде самостоятельные минера лы. -450
Реактивный дв11гатель - двигател ь, в кото ром сила
тяги создается реакцией массы газа, отбрасываемой из
сопла. -36
'Реальные газы . - 139-140,
Редкие металлы - встречаются в природе лишь как
нез н ачительные примеси в рудах других металлов . -
449
Резерфорд , Эрнест (1871-19а7) - знаме нитый ан­
глийский физик .-2 76, 280-282 , 287 , 296 , 546 , 547
Резонанс - резкое у величение ам пш1туды вын уж­
дениых колебаний при совпадении собствен ной ча стот ы
колеблющегося тела с ча стотой действия внешней си­
лы. -31 , 100, 226
Резонансные частицы - элемента рные части цы с
очень ко ротю1м временем жизн�t. -2 69
Релятивистская механика - механ ика , ос нованн а я
н а законах теории относит ельности .-24, 32
Релятивистские эффекты - физические явления ,
проявл лющиеея при скоростях , сравнимых со скоро ­
стью света .-33 , 265
Рёмер, Оле (1 644- 1710) - датский астроном . -
170, 543
Рентген , Вил ьгельм Конрад (1845-1 92:J) - немец­
кий физ�ш. -27 4, 5:{8, 546
Рентгеновские лучи. -176, 274, 289, 368 , 538 , 546
567

СПРАВОЧНЫИ ОТДЕЛ
Рентгеноструктурный анализ - раздел физики, изу­
ча !?щ� й"
строен ие тел при помощи рентгеновских лу­
чеи.-. {6.
3
Реомюр , Рен е Антуан (1683 -1757) - французский
естествоиспытател ь. - 531
Реомюра шкала - температурн ая шкала, в к от орой
интервал между точками таяния льда и кипения в оды
разделен на 80 равных частей . -5 31
Ридберг , Иоганн Роберт (1854-1919) - шведский
физик .- 178
Рибберга постоянная .- 178, 179
Рих!lfан , Георг Вильгельм (1711-1753) - русский
физик .- 54 4
Романовский , Дмитрий Леонидо вич (1861-1921) -
русский врач.-4 94
(< Ромашка •• - термоэлектроген ератор, работающий
на атом ной энергии .-30 2
Ростовые вещества - веществ а, ускоряющие рост
растсний. - 467
Ротор - вращающаяся часть электроген ератора .-
209
Рубин - драгоценный камень, кристалл корунда ,
ок ращенный благода ря примеси хрома в ярко-крас ный
цвет . - 180, 181
Румкорф , Ген рих (1803 -1877) - немецкий ;)Лект­
ротех ник. -22 0
Румкорфа кату шка. -2 13, �20
Русское химическое общество -- научн ое общество ,
созданное в 1863 г. при Петербургском университете .-
309, :н з
Рутил - минерал, содержит 60 % титана. -4 48
Рэлей (Стретт) , Джон Уильям ( 1842-Hl.t9) - зна­
мен итый английский физик. -3 1 5
с
Савар , Феликс (1791 - 1841)-французский физик. -
205 , 5,45
Сажен ь- ста ринная русская мера длины = 2,1 ;3 3 м. ,_
524 , 531
Салициловая кислота - лекарственное вещество .-
495
Сар1юлизин - противораковый препарат. - 504
Сахароза - углевод, содержится во мн огих ра сте­
ниях. -50 7
Сверхновые звезды - з везды , светимость которых
внезапно увеличивается в сотни миллионов раз , а по­
том медлен но спадает. -2 94, 351 , 368
Сверхпроводимость - полное исчезновение элект­
рического сопротивлен ия металлпв, наблюдаемо е при
сверхнизких температурах .-1 1 8
Сверхтекучесть - свойство жидкого гелия при темпе-
ратуре ниже 2,17°К протекать без трения через узкие
капнлляры п щел11.-1 19, 120, 547
Световое давление - механическое давление свето­
в ого и ;)Лектрома гнитного излучен ия на тела .-1 77, 54 6
Световой год - астрон о мическая единица расстоя-
ния = 9,6·101°м.-525, 530
Свеча - един ица силы света в СИ . -528
Свободная энерnrя на границе тел. -413
СГС - система измерений, основными единица ми
кото рой приняты сантиметр, грамм-масса и секунда .-
525
СГСЭ - система измерений, аналогичная СГС, но
с включением единиц измерения электро статически:х1
в еличин .-529
088 .
Сдвига правило - закон , определяющий изменение
химической природы элем ента при радиоактивном рас­
паде. - 318, 348
Семенов , Николай Николаевич (р. 1896)- советски й
физнко-х имик . -5 4 7
Сенс11билизаторы - вещества , повыша ющи е чув­
ствительность фотопленок и пласт ннок . - 4 32
Сервомотор - силовое исполнительное устройство в
системе автоматической регулировки машин или меха­
низмов. - 76
СИ - Междуна родная си стем а единиц .-52 4 , 531
Сиборг, Глен Теодор (р. 1912) - американский фи­
зик и химик. -39:{, 537, 547
Сюшксаны - кремнийор гани ческие спединенпя, об­
разуют полимерные молекулы, в которых чередуютс я
связи между кремнием и кислородом. -4 8 6
Симметрия (в крист аллог рафии) - закономерность
в расположен ии граней, ребер 11 вершпн кристалла . -
370
Синдиотактические пол1rмеры . - 4 7 9
Синтетические каучуки - искусств енно получаемы е
веществ а, по свойствам бл11зкие к природн ому кау­
чуку. -466
Синхротрон . -265
Сиихрофазотрон . -26 5
Сирена - устройство для получения звуковых ко­
леба ний с помощью газовой струи.- 11 0
Ситаллы - кристалл ические стек ла. -36 5, 42 2
Складовсr-;ая- К юри , Мария (1 867- 1934) - польский
физпк и химпк, работала во Францш�. - 274 , 317, 546
Склонение ма гнитное - угол между маг1шт11ым и
геог рафическим мериди анами . -198
Скобельцин , Дмитрий Владпмирович (р. 1892) -
советский физпк . -:Ю4
Скорость звука - ск орость распространения звуко­
вых в олн ; в в оздух е при нормальных условиях =
330 м/сек .-94 , 95, 545
Скорость света - скоро.сть распростран е11 11я свето­
вых волн; в вакууме = 299 792 км/сек.-Э3, 170, 171,
212 , 547
Смачивание - растек а ю1е жидкостп по поверхности
твердого или жидкого тела .-4 1Э, 414
Смещения закон - закон Вина , оп ределяющий, как
изменяется распредел ен ие эн ергии в спектре излуче­
ния абсолютно черного тела при изменен ин его тем­
периту ры . - 192, 546
Содди , Фредерик (1877-1956) - апглн йский хпмик . -
276, 277' 542 , 546
Сократ (469-399 до н: э . ) - древн егреческий фи­
лософ .- 543
Соленоид - см . Индуктнвности катушка .
Со.тrнечная постоянная - количество тепла, полу­
чаемое от Солнца н а границе атмосферы Земли за 1 ми­
нуту на 1 см 2 поверхн ости , перпен дикулярн ой лучам ;
равняется примерно 2 кзлориям (9,Э7 дж) .-168
Со.тщечный ветер - пото к Плазмы , неп рерывн о сте­
кающнй с поверхности Солнца . -36 7
Сольве , Эрнест (1838- 1922)-бельгн йсюrй химик . -
545
.
Солюбилизация . -41 9
Сополимер - вещество , образующееся пр11 полиме­
ризации дв ух илп нескольких различных мономсров .-
485
Сопротивление аэродинамическое - сила , возникаю­
щая при движен ии тела в воздухе.- 74
Сорбент - твердое тело или жидкость , поглощаю­
щие какое-либо вещество из газа или раствора . -3 8 6
Сорбция - поглощен ие веществ из растворов или
газов . твердыми телами или жидкост ями . -:{86

Сохранения импульса закон : полное количество дви­
жения системы тел (илн одн ого тела) остается постою��
ным, есл11 нет действия внешних сил . - 27
Сохранения и превращения энергии закон-энергия
зам к н утой материальной системы остается посто.l
l
нной
при любых процесса х, происходящих в системе, 11 лишь
превращается из одной формы в другую . -27 , 545
Сохранения массы за l\ он -обща я масса веществ , всту­
пающих в х11мнческую реакцию, равна обще й массе
полученных веществ . -544
·
Спекание - полученпе пористых или компактн ых
твердых матер11алов пз порошкообразных или пылевид­
ных. -424
Спеl\тр - со вокупн ость простых гармонических ко­
лебаний, на которые может быть разложено сл ожное
колебател ьное дв11же11 11е . -1 71 , 233
Спе1Стр поглощения - расп ределение з начений коэф­
фициента поглощ�ння света по частотам. -174
Спеl\тральный анал11з - качествен ный и количест­
вен йый анализ состава вещества, основанный н а и зу­
чеюш спектров пспускання 11 спектров поглощения
этих всществ.-322, :И7, 381 , 452, 545
Спеl\трометр - прибор для измерения оптических
спектров. - 1 75
Спе1Стросl\оп - прпбо р для набл юдения спектров . -
172, . 190, 380
Спектрофотометр - прибо р для определени.l
l
' ·силы
света в различных участках оптического спектра .-381
Спеl\трофотометрия - раздел опт ики, и зучающий
зависимость 1111тенсив11ости · . .спектральных л11ний от
длины во.�ны . -38 1
Спеl\тры атомные - спектры, испускаемые атом ами
при пе реходе в состоя11ие с меньшей энергией .-'322
Спектры опт11 ческ11е: сплош ной , линейча тыi'r, поло-
саты й. - 171, 174, 178
·
Спин - собственный механический момент элемен­
тарной частицы , обусловленный ее квантовой ri ри ро­
дой.-:'3 5, 2Hi, 269, 272, :124
Сш1нтар11скоп - прибор для подсчета сцинт11лля­
ци й. -:ю2
Сплавы металлов.- 442 , 443
Спонтанное деление - самопроизвольный распад яд­
ра на два осколка. -28:-i, 286, :�57, :�61. 547
Спутн11к Земли искусствен ный - устройство , дви­
жущееся по замкнутой орбите вокруг Земли по инер­
ции. -42
Стабилизатор хим11чес1шй - вещество , предотвра­
щающее ф11:111ческ11е 11 х11мичесю1е измен еш1я в другом
веществе .-4 1 7
Стадия - мера расстоян ия в древнем мире - от
174,5 до 2;ю ,4 м. -5:Н
Сталь - сплав желеаа с углеродом (до 2 % ). -4 43 ,
445, 446
Стартовая масса - сумма массы всех сту пеней ра­
кеты. -:Н
Стас , Жан Ссрtю (1813-1891) - бельгийский хи­
м ик.- 545
Статист11ческая термодинам11ка - раздел ста тисти­
ческой физию1, исследующ11й условия равновесия тер·
модинам11чесю1х систем . Ста тистичес кая физика - раа­
дел фиаи ки, изучающ11й методами тео рии вероятно­
сти свойства тел и систем, состоящих из огромного
количеств а отдельных частиц. -1 66, 170, 171
Статор - не1юдв 11жн ая ча сть электрической маш11-
вы. - 209
Стевин , С11мо11 (1548-1620) - голландский мате­
матик и инженер. - 8 3
Стеклопластики - пластические материалы , состоя- .
щие и а синтl!тических смол 11 стекловоло1Со11 .- : Н4 , 488
СЛОВАРЬ�УКАЗАТЕЛЬ
Степоверит ( стешевит) - минерал, модификация
кварца . -1:�5. 373
Стерадиан -единица иамс рен ия телесных углов. -!\2 8
Стильб - единица яркости в СГС = 104 нт .-5:Ю
Сто�;са сила --
--,
сила сопроти вления , которую испы -
тывает движущееся твердое тело в вязкой среде. - 2 14
Столетов , Алекса ндр Григорьевич (1839- 1 896) -
русский физик .-217, 546
Странные частицы - группа элемента рных ча стиц
(гиперопы и К-мезоны) . - 26:1, 268 , 355
Стратостат - воздушный шар, оборудованный для
подъема человека в стратосферу . -6!\
Стратосфера - часть атмосферы , лежащая между
8-17 км и 40 км над уровнем моря.-223
Структурная теория - теорпя химического строе­
ния органических веществ , предложенная Бутлеро­
вым. -460, 474, 545
Сульфамидные препараты - сил ыlо· действующие
ант11ба1Стериальные препараты .-495
Сульфаты -·
соли серной кислоты . -4 31
Сульфидин - лекарственный препарат . -4 95
Сульфиды - сол и сероводородной кис лоты . -4 3 1
Супергетеродинный приемник - радиоприемн ик, в
котором колебания сигн ала преобразуются в кол еба­
ния промежуто чной частоты .- 232
Суспензия - система из твердых част пц, в:� веше1 1-
ных в жидкой среде. -41 7
Сцинтиляционный счетчик - прибор для отсчета
заряженных микрочастиц . -:ЮЗ
Сцинтилляция - вспышка света , возникающа я при
прохожден ии заряженн ой ча стицы через люминофор. -
51, 281 , 302
т
Тамм , Игорь Евгеньевич (р. 1895) - советский
фи:�ик .-185, 547
Тембр - особенность з вучания голоса или му:�ы­
к ального инструмента , зависящая от обертонов. -10 1
Температура плавления - температура перехода ве­
щества и з кристаллического. состояния в жидкое .-:15:�
Тепловое движение мОлекул - беспо рядочное движе­
ние молекул, лежащее в основе явления теплоты . -4 2 1
Тепловой барьер - предел скорости
самолета ,
при ,которой прочность материалов , применяемых в
самолетостроеюш , резко падает иа-за перег рева от
трения во:�душной среды . -68, 447
Теплоем�;ость - количество теплово й эн ер гии по­
глощаемой телом при нагревании н а 1 сЦ .-164
Теплород.-1 4:1 , 145
Теплота пре вращений - кол ичество теплоты , нуж­
н ое для перехода вещества иа одного состояния в дру­
гое иш1 освобождающееся при таком переходе. - 1б4
Теренин, Александр Николаевич (р. 189б) - со -
ветсю1й фнаико-химик . - 1 90
Термистор - полупроводниковый термометр. -2:-iО,
528
Термодинам11�;11 законы: термического равнР весш�.-
150, первый . -
150, вто рой.-' 154-НЮ, третий. -
1flli
Термопара - устройство для измерения высок их
температур. - 257 , 258, ·528
Термоскоп - устройство для наблюдения ра:�н ости
температур. - 142
Термостат - устройство для подде рживания посто­
янной тем пературы . -387
Термоэлектрогенератор - полуп роводн иковое уст­
ройство , превращающее тепловую энергию непосред­
ствею1Q в электрическую . -257, 302, 376
589

СПРАВОЧНЫИ ОТДЕЛ
Термоэлектронная эмиссия - испускание электро­
нов нагретыми твердыми телами .-229
Термоядерный процесс - синтез более тяжелых
ядер и з более легких , происходящих при сверхвысокой
тем пературе . -1 22
Тесла , Никола (1856- 1943) - югославский элект­
ротех ник. -2 07
Тетрод - четырехэлектродная электронная лампа . -
232
Тефлон. -481
Технеций - искусственно полученный химический
элемент .No 43. -336, 337, 537, 547
Тироксин - гормон щито видной железы .- 49 3
Ток насыщения - электрический ток , сила кото­
рого не возрастает при увеличении разности пот енциа­
ло11.-2:н
Ток смещения .-2 1 1
Ток электри ческий
направленное движение
электри ческих зар ядов. -203, 204 , 210
То�tсофорная группа - группа атомо в, ядовитая для
определенного вида микробов .-4 94
Томсон , Уильям - см . Кельвин .
Тон - звук , обладающий определенной высотой. -
101
Тонна - мера массы = 1000 кг. -529
Торричелли , Эванджелиста (16�'8 -1647) - итальян­
ский физик и математик. -5 43
Точечные дефекты - нарушен ия правильной струк­
туры кристалла в отдел ьных ·узлах . -373
Транзистор . -23 7 , 376
Трансурановые элементы - искусственно получае­
мые химические элементы ; в периодической таблице
нахо.1ятся в конце после урана. - 28 3 , 334 , 338 , 391
Трек - след, оставляемый движущейся микроча-
стицей. -266, 302 , ;}60
Тренажер - ус rройство для тренировки
летч11-
ка.-78
Третник - сплав свинца и олова .-4 4:-J
Триод - трехэлектродная электронная лампа. -23 0 ,
2:н. 234
Трипсин - ферме нт, образующийся в кишечнике. -
509
Тритий - тяжелый радиоакти вный изотоп водо ро­
да. -277, 511, 514
Тропичес1шй год - временной промежуток между
прохождениями Солнца через точку весеннего равно­
денствия = 365, 242 суток. -527
Тропо сфера - нижний слой атмосферы , простираю­
щийся до 8-17 км над уровнем моря. - 22 3
Туаз - ста р111шая французская мера длины =
1,97 м.-5 3
Туполев , Андрей Николаевич (р. 1888) - советсю1й
авиа конструктор. -72, 74
Тяжелая вода - вода , в кото рой обычный водород
заме11ен е1·0 тяжел ым изото пом - дейтериеы .-3 67 , 368 ,
.'it 1-515
Уатт , Джемс (1736-1819) - ан гшtйский изобре-
татель. -5 29 , 544
Углеводороды. - 456
Углеводы. -4 58, 505
Угол ата1ш - угол между направлением движения
самолета и осью профиля в его крыле .-66
Ударная во.11на - звуковая вол на , во3никающая при
рас простра нении сжатия в 1· азооб разной среде со ско-
u7o
рос.тью, превышающей скорость звука в этой сред е.-
67, 68, 100
Удельная нагрузка на крыло - вес самолета , при ­
ходящийся н а 1 м 2 поверхности крыла . -7 4
Удельный вес - отн ошение веса тела к его объему;
в СИ заменен понятием плотности .-82
Удельный вес двигателя - вес двигателя , при ходя­
щийся на ед иницу мощности . - 72
Узел-мера скорости движения судов= 1 ,852 км /час .-
91, 530
УКВ - ул ьтра1юроткие радиоволны .-22 2 , 235
Ультразвук - очень короткие звуковые во лны с час·
тотами больше 20 кщ .- 93, 108
Ультразвуковой дефектоскоп - прибор для обна ру­
жения дефекта в изделии. - 11 1
Ультрафиолетовые лучи - электромагнитные излу­
чения с длиной волны от 4000 до 20 А .-176, 367
Умов , Николай Алексеевич (1846- 1915) - русский
физик и математик. -9 7 , 213, 545
Униполярная машина - электрическая машина по­
стоянного тока . -20 9
Усилитель (в радиотехнике) - устройство, увели­
чивающее напряжение или мощность поднеден ных к
а ппа рату электромагнитных колебаний .-224 , 227
Ускорители - устан овюt, в которых элемен тарным
частицам , атомным ядрам и ионам сообща ется боль­
ша я энергия .-21 5, 264, 547
ф
Фабрикант , В алентин Александрович (р. 1907) -
советский физик . -219, 547
Фазотрон. -265
Фарада - единица электрической емкости в СИ . -
525, 529
Фарадей , Майкл (1791 - 1867) - английский фи­
зик. -
204, 206 , 210, 214, 220, 529, 545
Фарадея число - количество электричества , кото­
рое, проходя через электролит, выделяет на электро­
дах 1 грамм-эквивалент вещества . -2 04
Фаренгейт , Даниель Габрнель (1686-1736) - немец­
кий физик .-1 43
Фаренгейта шкала - температурная шкала , в ко­
торой интервал между точками таяния льда (:�:l0) и
кипения воды (2 12°) разделен на 180 равных частей . -
531
Фаянс , Ка:�имеж (р. 1887) - польский физ ико­
хим�ш .-27 7 , 546
Федоров, Евграф Степан ович (185� -1 919) - рус­
ский минералог и кристаллограф . -5 46
Фенол - орган ическое сое-динепие ароматического
ряда .-46 7
Ферменты - органические катали зато ры , действую­
щие в живых организмах. -261 , 458 , 491 , 506
Ферми , Энрико (1901 -1954) - итальянский фи­
зик.-270. 282, 283 , 341,547
Фермий - искусств енно полученный химический
элемент .No 100. -341 , 357, 393
Фермионы (ферми-частицы) - элементарные части­
цы .-2 70
Ферромагнетики - вещества , способные намагнич11-
ваться в слабых магнитных поля х.- 1 1 8, 216
Ферсман , Александр Евген ьевич (1883- 1945) -
русский минералог n: геохимик. -450
Физо , Ипполит Луи (1819-1896) - французский
физик;-212, 545
Флаттер. - 78

Флемин г, Александер (1881 -1955) - английский
;бактериолог . -54 7
Флеров , Георгий Николаевич (р. 1913) - советский
;физик .-28 4 , 285, 547
Флогистон .-143, 145 , 543
Флотация - метод обогащения руд. - 4 15
Фокус - точ ка, в которой собирается прошедший
череа оптическую систему пучок световых лучей ,
падающ11х параллельно главной оси системы .-1 72
Фонограф - прибор для заппси и воспроизведе-
ния звуков .- 106
Форсажна я 1шмера - 11олость в реактивном двига-
"Гел е, в кото рой дожигается го рючее . -73
Фосфоресценция - см . Люминесценция .
Фот - единица о свещенности = 104 лк. - 5:Ю
Фотон - элемента рная частица (квант света) . - 177,
191, 267, 268, 272,323, 353, 546
Фотосинтез .-20, 261 , 390 , 404
Фотосопроти вление - полупроводниковое устрой­
-ство для измененин силы тока при помощи света. -
192 251
Фотосфера - видимый нами слой солнечной атмосфе­
ры. -174
Фотохимия - раздел химии , изучающий химиче­
(:КИ е процессы , протека ющие под возд ействием свето­
.в ы х и ультрафиолетовых излучен ий. -403
Фотоэлектричес1�ий порог - ма ксимальная длин а
волны, достаточная для появления фотоэффекта . -2 1 7
Фотоэлектричес1шй эффект. -107, 191, 192, 217, 546
Фотоэлемент - прибор, преобразующий световую
эн ергию в электрическ ий ток.-107 , 192, 259
Фотоэмульсионная камера - прибор для исследова-
1шя траекторий космических частиц , попадающих в
слои фото эмульсю1.-:Ю6
Фрак�; , Илья Михайлович (р. 1908) - советский
фюик.-185, 547
Фран�;лин , (Бенджамин) Вениамин (1 706-1790) -
американский ученый и политический деятель .-202,544
Фраун гофер , Й озеф (1 787-1826) - немецкий фи­
зик. -1 74, 189, 544
Фраун гоферовы линии - темные шшю1 в спектре
С олнца . -1 74, 189, 544
Френель , Огюстен Жан (1788- 1827) - француз­
ский физик.-545.
Фу1ю , Жаи Бернар Лео н (1819-1866) - француз­
ски й физик . -212, 545
Фультон , Роберт (1 765-1815) - американский изоб­
ретател ь. - НО
Фун �;циональная группа - группа атомов, которые
определяют химический характер вещества . -47 9
Фунт - ста ринная мера массы ; русский фунт =
409,!J г; английский фунт - 453,6 г.-531
Фут - старинная мера длины = 0,3048 м.- 20 6, 53 1
х
Хевисайд, Ол ивер (1850- 1925) - английский фи­
зик .- 223
Химиотерапия - лече1ше инфекционных болезней
химическими препаратами . - 493
Химичес11ая кинетика - раздел химии, изучающий
ско рости и механизмы химически1': реакций. -3 98
Хиназол - бактерицидный препа рат . -4 63
Хинин - л ека рственн ое вещество .-46 0 , 494, 547
Хитин - углевод, и з которого строится наружный
·с келет ракообразных и насекомых. - 4 !>8
ХлорофlJл;� -зеленый пигмент растений. -3 85 ,508 ,547
СЛОВАРЬ-УКАЗАТЕЛЬ
Христианович , Сергей Алексеевич (р. 1908) - совет­
ский физик. - 6 7
Хроматограмма .-386 , 387
Хроматографический анализ - химический анализ
с помощью хроматографии .- 385-396 , 546
Хромосфера - один и з слоев а тмосферы Солнца . -
174
Хронометр - точные переносные часы. - 527
ц
Цвет , М ихаил Семен ович (1872-1919) - русский
ботаник и био химик. -38 5, 546
Целлюлоза - см. Клетчатка .
Цельсий, Андерс (1701 -1744) - шведский ас троном
и физик.-1 14, 143
Цельсия шкала - температурн ая шкала , в которой
интервал между точками таяния льда и кипения воды
разбит на 100 градусов .- 114 , 160, 528
Центнер - мера массы = 100 кг. -529
Цепная реакция - реакция, в результате которой
образуются продукты , вызывающие ее продолжени е.-
284, 297, 402, 547
Цикл термодинамический - изменение с11стемы , в
результате которого она при ходит точно в первоначаль­
ное состояние .- 1 54
Циклотрон - ускоритель тяжелых заряженных мик­
рочастиц .- 265, 358
Циолковский ,Константин Эдуа рдович( 1857 -1935)­
советский ученый и изобретатель .-3 5, 546
Циолковского число - отношение стартовой массы
ракеты к ее весу в конце работы дв11гателя. - 37
ч
Чай Л унь (11 в. н. э .)- китайский ученый . -
543
Чаплыгин , Сергей Алексеевич (1869- 1942) - совет­
е.к ий физик .-67
Частота волны - ч11сло колебаний в 1 сек .- 93
Частота электромаFнитных колебаний - число из­
менею1й нап равления электрического тока в из лучателе
электромагнитных волн в един ицу времени . -221
Ч эдвик , Джемс (р. 1891) - английский физи к.-
28е, 296, 547
Череююв, Павел Алексеевич (р. 1904) - советский
физик. -18:� - 185, 306 , 547
Ч еренкова - Вавилова эффект - электромагнитное
излучение, возникающее при движении заряженныJ(
частиц со скоростью, превышающей скорость света в
дан ной среде .-
185, 306 , 547
Черенкова счетчик - прпбор для счета быстрых за­
ряженных микрочастиц, основанный на эффекте
Черенкова . -3 0 6
Чугун - сплав железа с углеродом (свыше 2%).-
443 , 444
m
Шееле , Карл Вильгельм (1742 -1786) - шведский
химик .- 54 4
Шредингер , Эрвин (188 7-1961) - австрийский фи­
зик . -547
Шталь , Георг Эрн ест (1660-1734) - немецкий хи­
мик и врач. - 543
Штоф - ст аринная мера жидкости = 1,23 кг .- 531
o'iJ.

СПРАВОЧНЫЙ ОТДЕЛ
Эвклид из Мегары (111 в. до п. э.) - древнегреческий
математик.- 543
Эдисон , Томас Альва ( 1 847- 1 93 1) - амер11канский
изобретатель . -1 06, 204 , 228
Эйлер , Леонард (1707- 1 78З) - швейца рский мате­
матик и фи:шк, в 1727- 1741 и 1766 -1783 гг . работал
в Росспи .-544
Эйнштейн , Альберт (1879- 1 955) - великий не­
мецкий физик .-24-:�2. 170, 1 71 , 216, 218, 287, 341 ,
546 , 547
Эйнштейний - искусственно полученный химиче­
ский элемент .No 99 . -341 , 547
Экзотермическая реакция - реакция, протекающая
с выделением тепла . - 397
Э l\ спонометр - прибор для определения энспозицни
при . фото-и юшосъемках. -259
Экстра1щия - извлечен ие вещества растворителем
из смеси . -:�79
Электрическая дуга - см . Вольтова дуга .
Электрическая постоянная вакуума . - 2 10
Электродв11жущая сила (ЭДС) - причина , вызываю-
щая 11 п одде ржи вающая электрический ток в замкну­
той ЦеШl.-204, 409, 54.')
Электролиз - разложение растворов пли расплавов
при прохожде нии через них постоян ного тока . -
204 ,
407 ' 544, 546
.
Электролитическая диссоциация - по,л ный или
частичный· распад растворенных веществ- элект ролитов
(нап ример , солей ) на ионы. - 546
Электролиты - раствор ы или расплащ,1 , способные
провод ить злектри чес кий ток .- 204 , 406 , 410
·
Электромагнитное поле - физическое поле, осуще­
ствл яющее взаимодействне м ежду з.Т\ектрическимп заря­
дами .-:� 69, :н о, 54 6, 547
Электрон - устойчивая злемента рная частица. -
214, 26:1, 266, 268- 272, :1 53 , 368
Электрона заряд. - 5 4 6
Электро11 -вольт - един ица знергии . в атомной и
ядерной физике; знергия , к оторую при обретает злект­
рон, проходя через ускоряющую разность , потенциа­
лов в 1 вольт =1,602·1019 дж.-122,529
Электроника - наука об электронных процессах
в ва кууме 11 газах .-21 4
Элеr>тронное облако - совокупн о сть св ободных злек­
трон о в, в о:щнкающая между катодом и сеткой триода .-
2;ю
.Эле�;троннолучевая трубка - прибор, применяемый
в телев нзорах .- 237, 2 :1 8
Электронно-оптический преобразователь - прибор,
преобра:�ующий световое изоб ражение в злектрпческое,
а затем :ш ектрическое - в видимое .-
192
Эле�;тронные полупроводники .- 249, 375
Электронный газ.- 247, 271
Электронный микроскоп - прибо р для увеличения
изобра;ке нпй с помощью быстрых злектронов . -
195
Эле1�троны валентные - злсктроны на внешней обе­
лочке атома, активно участвующие в хнмичесю1х реак­
циях.-247
Электроны свободные - внешние злектроны, отор­
вавшиеся от своих атомов и образующие злектронный
газ . -406
Электропроводность - свойство веществ провод ить
электрический ток . - 375 , 442 , 443
Электроскоп - прибор для обнаружения злектриза­
ции тел.-263
Электростатическое взаимодействие - притяжен ие
072
и отталкивание электрических зарядов, находящи хся
на расстоян 1111 друг от друга .-515
Электрохимия - раздел фи з ической химии, и з у­
чающи й связь между электрическими и химическими
процессами. -4 0 3 , 405-41 2
Элемен тарная ячейка - 372
Элероны - рули самолета , служащие для выравн и ­
вания крена .-75
Элинвар - сплав железа с никелем , хром ом и угле­
родом. -443
Эм11ттер - один и з злектродов полупроводн икового
триода .- 254, 255
Эмиссия катода - испускание катодом злектронов. -
245
Эмульгирован11е - превращен ие веществ в змуль­
сию. -4 18
Эндотермическая реакция - химическая реакция ,
соп ровождающаяся погл ощен ием тепла . -:19 7
Энергетические уровни в атоме - значе1шя энергии
атома в различны« состояниях . -239, :н 4, 3 75
Энергия активации - эн ергия , кото рой должны
обладать молекулы , чтобы осуществилась химическ ая
реакция . -399
Энергия связи - эне ргия, выделяющаяся при об ­
разов ании атомного ядра из нуклпна за счет дефе nта
массы. -
298
Энтропия .-160-167 , 545
Эпиплазма . - 36 9
Э·рг - един ица работы и знергш1 в СГС= 10-1 дж . -
530
Эрленмейер , Рихард Август ( 1 825-1 909) - нем щ­
кий химик-о рганик. -460
Эрлих , Пауль (1 854- 1915) - немецкий бактериолог
и биохимик . -4:�6 . 4 94
Эрстед- единица напряженности маг1111тпого пол я. -
529
Эрстед , Хане 1\ристиап (1 777-1851) - датский
физик.-204, 206, 544
Этало11 - образцовая мера , служащая для воспро­
и зводства , хранения и получения единиц и:�мерения с
наивысшей точи остью .- 525
Эфиры. - 472
Эхо - отражен ие звуковой иш1 радиоволн ы. - 95,
110, 543
Эхолот - прибор для автоматического и а мерепия
глубины ультразвуковыми волнам11.-1 10
ю
Ю1\а ва , Хидеки (р. 1907) - япо нский физик . -282
Юнг, Том ас (1773-1829)-английский физик , врач и
астро ном.-
544
я
Яблочков , Павел :Никола евич
(1847 - 1894)-
русский электротехн ик. -20 4
Ядерная химия - раздел науки, иссл едующи й н ре­
вращен и я атомных ядер и свойства атомов, полученных
в результате превраще ний.- :148
Якоб11 , Борис Семенович (1801 -1874) - русски й
физик .-2 04, 545
Ядро атома - положительно заряженная ц ентра ль-
н ая часть атома .- 280, 547
•
Ярд - английская мера дшшы = 0,914 м.-5:Н
Яркость - характеристик а излучения светящейся
по верхности .- 1 80, 529

К ЧИТАТЕd:ЯМ
«Сча стл ивого пути вам, путешественники в третье тысячелетие». Этими добрыми
и мудрыми с.11овами ст арого бол ьшого ученого открывается первый том вашей энци-
клопедии. Не забывайте их никогда .
·
Ведь это вам , наши читатели, предстоит прокладывать путь в свет.11ое буду­
щее - в коммунизм . Будьте же к этому гото вы . Желаем вам удачи на трудной
дороге .
Мы, все те , кто работал над этим томом Детской энциклопедии, твердо увере­
ны, что среди вас, среди сотен rысяч советских ребят , есть замечательные буду­
щие мастера , талантливые конструкто ры, инженеры, . даже гениальные ученые .
Нем-н ибудь из них , наверное, ст анеш ь и ты - тот , который держит сейчас в руках
эту книгу и читает эти ст р оки. Ведь это только от тебя зависит . Мы и тебе желаем
уд ачи.
Нак мно го интересного ждет вас , как много неведомого вы узнаете , как много
невиданного увидите , как много сдел аете, изобретете и построите !
Сколько новых загадочных тайн природы вам предстоит открыть! Но имейте
в виду, что природа - суровый и безжалостный противник . Свои тайны она без
борьбы не отдает . Покорять ее может тол ько сил ьн ый . И вы, строители будущего ,
обязаны стать сильными.
Правда , одной только силой такого могучего противника не одолеть. Нужно
еще стать смелым , научиться не испытывать страха перед слощным и трудным , не от­
ступать перед ними. Но и это го мало . Придется, кроме того , стать умелым . Н ужно
научит ься умению примен ять свою силу. Тол ько тогда можно будет рассчитывать на
победу в тяжелой борьбе.
,
В наше время самая могучая сила в мире - это звание . И вы должны, обязаны
многознать.
Некоторым из вас иногда , наверное , кажется, что наука - уд ел немногих ,
избранных . Это заблуждение. Уже в наши дни наука становится могучей произво­
дительной силой и грань между наукой и производством стирается быстро . Теперь
иной раз прибор ученого-физика, например циклотрон, не отличиш ь от большого
завода. А на многих химических заводах уже и теперь важнейшим цехом стано­
вятся электронные счетно-решающие машины, с помощью которых рабочие ведут
технологический процесс . Так кто же будет работать на за водах и в лабораториях
недалекого будущего - рабо чие или ученые? А велика ли между ними будет разни­
ца ? Ведь и тот и другой - каждый в своей областn - должны будут очень много
знать. Тол ько тогда они смогут успешно работать, где бы и кем бы ни пришлось им
трудиться . Знание необходимо всем вам, ст роителям прекрасного будущего . Оно­
ваша сила .
Но помните , знание тоже мо жет быт ь разным . Можно вы зубрить таблицу умно­
жениЯ и не суметь решить простен ькую задачку. Можно затвердить все законы
Ньютона и стоять в беспомощном недоумении перец простым ст анком , не понимая,
к.ак он работает . Можно знать назубок все законы физики и не умет ь рассчитать или
починить обмотку электромотора или дома сдел ат ь проводку.
573

Тол ько знать - мало . Нужно еще у м е т ь применять свои знания. В этом
вам может помочь математика. Помните , что за значками и буквами ее сл ожных фор­
мул стоят великие ло1'ические законы, которым подчиняется все , что совершается
в мире.
Не бойтесь выводов, уравнений и формул . Преодолейте их кажущуюся слож­
ность. То гда они всегда будут вашими друзьями и помощниками . Тот , кто научится
свободно пол ьзоваться уди вител ьн ым языком математики, тол ько тот и сможет доп ра­
шивать природу, ставить перед ней вопросы о ее тайнах и понимать ее ответы. А ведь
в этом и состоит гл авная задача ученого . Конечно, это очен ь трудно . Но чем труднее
задача , тем она интереснее . Даже и в этой книге не все для вас сразу будет легким
и понятным . Придется проявит ь настойчивость и упо рство , снова и снова возвращат ь­
ся к иным, особенно сложным разделам. Не поняли сразу - прочтите еще раз,
в к онце концов поймете .
Спа сибо великим ученым - разведчикам истины за их героическ ий самоотвер­
женный труд. Для вас они развед али и сдел али ясными ск рытые и таинственные
законы природы . И вам придется потратить немало усилий , что бы эти законы понять
и хорошо усвоить. Это совершенно необходимо , иначе не сможете идти вперед . Новые
задачи , которые встанут перед вами, будут очен ь сложны и труд ны. Не бойтесь их .
Будьте к ним готовы .
Каждая область знания интересна . Каждая специальность важна и необходима.
Каждая работа по четна. Пусть одни решат ст ать биологами, других увлечет меди­
цина, третьих - ищ<усство . Каждого в жизни влечет свое .
Но кто-нибудь из вас обязател ьно выберет дл я себя ту до рогу в жизни, которая,
как мы в этом уверены по собственному опыту, гораздо увлекательней и инте ресней ,
чем любая другая.
Это - по знание вещества , иссл едо вание , как и по каким законам оно устроено .
Это - поиск неведомого в гл убинах космоса и микромира .
Это - поиск неисчерпаемых источников энергии . Без них не сможет обойтись
чел овек будущего .
Это - создание новых элементо в, новых веществ, новых материалов, новых кон­
струкций, новых машин .
Это - стремление повысить точность измерений , которая расширит границы
познания .
Тяжелый повседневный труд ждет вас на этом пути. Он потребует от вас бол ьшой
самоотверженности, твердости, упорства , увлечения и преданности. Вас ждут горечь
и разочарование неизбежных забл уждений и ошибок .
Того , кто сумеет ра звить у себя зоркий взгляд и умение подмечать великое
в малом и неведомое в повседне вном , то го , кто воспитает в себе смелость в по ста­
новке проблемы и достижении решения, каким бы безнадежным оно ни казалось,
ждет на этом пути великая радость отк рытия нового , радост ь победы.
Из того немногого, что мы смогли вам рассказать в этой книге о том, что сделали
в науке о веществе ваши великие предшественники, вы должны понять, какие могу­
чие сил ы и какие неограниченные возможности вы получили в наследство . Вам
отк рыта дорога в космос. Для вас добыта :шергил атома .
От вас зависит, как вы это испол ьзуете . Великая ответственность за будущее
м1-1ра лежит на вас . Не забывайте о ней.

Усе1.1овные о&означения и сокращения
А - ан гстрем
а - ампер
атм - атмосфе ра
6-бел
в.- век
в - вольт
вв. -
вена
вт - ватт
г.- год
г - грамм
га - гентар
гц - герц
Л - прирост п еременной в еличины
за оп редел енный п ериод
дб - децибел
дон.э.-
д о нашей эры
g - ускоре ние сил ы тяжести
ит.д.-
и так далее
ит.п.-
и тому подобное
0К - градус по шкале Н: ельвипа
кал - кал ория
квт - кил оватт
кг - кпл оrрамм
кгс - килограмм-сил а (вес)
кгц - ки,1огерц
ккал - килокалория
км - кплометр
к. н.д.-
коэффициент полезного
дей ствия
Л.- Jl енинrrад (в б иблиографич еском
укааателе)
л. с.-
лошадиная сил а
М. - Москва (в бибшюrрафи чесном
указателе)
М - числ о Маха, отношение спо­
рости предм ета к с корости звука
м-метр
.11 а - миллиамнер
мг - миллиграмм
Мг ц - мегагерц
мк - микрон
млн . - миллион
млрд. -
миллиард
м .11 - миллиметр
м.11 к - миллимикрон
мс - миллисекунда
Мав - миллион элек трон-вол ьт
11 - ньютон
ок.
-
около
с - скорость света
сек - секунда
СИ - Междун ародная систем а еди­
ниц измерения
см - сантиметр
т - тонна
т.е.-
то есть
тыс. -
тыся ч
0ф - граду с по шкале Ф аренгейта
0Ц - градус по шкале Цел ьсия
эв - эл е ктрон-вол ьт
ЭДС - электродвюкущая сил а
Q - градус окружности
'
-
минута окружн ости
"
-
секунда окруж ности

Dнешнее оформление кюrги худож ников
Д. С. Бисти и Ф. Б. Збарского.
Иллюстрации в тексте выполнили художники:
Р. Ж. Авотин, Г. Е. Валетов, Л. С. Вендров,
С. Н. Волков, Н. И. Гришин, Б. И. Жутовский,
д. А. Лисичкин, Ю. А. Макаренко, Б. А. Малы­
шев, Б. А. Попов, Г. В. Северденко, О. М. Туркус.
•
Старший редактор М. Н . •
Тlожечко.
Редактор И. В. Разгу л яева .
Спецредакторы В. И . Козлов и Д. Н . Трифонов .
Контрольные редакторы д. М . А лексеев и Н . П . Мостовенко .
Старший художественный редактор Е . Б. Шапал11на .
Макет книги 11 техническое редактирование
старшего художественного редактора Н . П. Самохваловой .
Корректоры В. С. Антонова и Е . А . Блинова •
•
Сдано в набор 14/V I 1965· г . llqдписано к печати
22/Ill 1966 г. Формат 84 х108 1/16• Печ. л. 39 , 5
(66,36). Уч. -изд. л. 76 ,02. Тираж 500 ООО экз.
(1 завод 1 -22�UOO ) ТО 1465
Цена2р.55к.
Издательс тво «Просвещение � Комитета по печа­
ти при Совете Министров РСФСР. Редакция Дет­
ской энциклопедии. Адрес редакции: Москва ,
Ж-28, Хохловс кий пер., д. 16 .
•
Цветные в1 шейки от печатаны Первой Образцовой
типографией им. А . А. Ждан()ва и Калининским
полиграфкомби1!'8том.
Московская ти пог рафи я No 2 Главполиграфпро­
ма Комитета по печати при Совете Министро/)
СССР. Москва, проспект Мира, 105. Зак. 436