Техника - молодёжи 1947-01, страница 13

А. МЕШКОВСКИЙ

Рас. С, ВЕЦРУМБ

Атом часто сравнивают с солнечной системой. Ядро атома—это Солнце, электроны вокруг — планеты. Великое отражается в малом, капля подобна океану. Если это верно, то можно, пожалуй, пожалеть, что природа не так уж щедра на выдумки.

Но правильно ли отражаем мы действительность, когда с легким сердцем употребляем такое сравнение?. Какова подлинная природа этих первооснов вещества — электронов, протонов, нейтронов, о которых мы столько слышим в последнее время? Какие законы* царствуют в мире этих неведомых сущностей? Чтобы ответить на эти вопросы подробно, надо обозреть все громадное здание современной физики. На это грандиозное путешествие ученые тратят всю свою жизнь. Они делают это недаром: тяготы пути окупаются для них находкой бесценных вкладов — открытием новых законов природы. И с каждым; открытием они все более и более приближаются к истине—полному знанию сути вещей, которое, впрочем, не будет достигнуто никогда.

Не задаваясь такой трудной задачей—изучать во всех подробностях эти найденные наукой сокровища, попробуем все же составить себе понятие о современных воззрениях физики на природу материи. В основе этих» воззрений лежит стройная цепь научных фактов — опытных данных, добытых трудом по-колени?! ученых и спаянных логикой рассуждений. Чтобы вытянуть эту золотую цепь, надо ухватиться сначала за какое-нибудь одно ее звено. Удобнее всего будет, если этим явится электрон.

У этого предмета неустанного внимания ученых есть одна странная особенность, одно загадочное и поразительное свойство. Объяснить это свойство, проникнуть в эту увлекательную тайну электрона — значит раскрыть одну из самых сокровенных страниц в науке о веществе. Попытаемся это сделать.

Как служат нам электроны

Электрон — составная часть атома. Из атомов построены все вещи, окружающие нас, и мы сами. Отсюда следует, что электронов сколько угодно вокруг, неисчислимое множество.

К счастью,, люди не довольствуются такими скудоумными заключениями. Что толку в этих электронах вокруг, если они запрятаны, замурованы в атомах? Чтобы изучить их повадки и свойства, надо освободить их от цепких уз вещества, подчинить своей воле, — надо уметь производить с ними опыты. Не удастся ли тогда сделать и большее: употребить электроны на, пользу, заставить их служить в приборах, в машинах, в быту?

Людям давно удалось это сделать в широчайших- размерах.

Миллионы электрических ламп люди зажигают ежевечерне в домах, разгоняют белым электрическим- светом тусклые сумерки улиц. Маленькая спиралька — тоненькая проволочка из металла вольфрама—замурована в каждой такой лампе. И когда лампу включают в электросеть, то электрическое напряжение сети подается внутрь ее стеклянного баллона, на концы двух стерженьков, держащих спираль из вольфрама. И происходит тогда это всем известное, никого более не восхищающее чудо: ярко вспыхивает огненное сердце лампы, и скучная серая ниточка претворяется в радостное средоточие света.

Но почему? Да потому, что мановением руки — поворотом выключателя, соединившего цепь, — люди разбудили в вольфраме «свободные» электроны. Так называются электроны в металле, не входящие в состав атомов, а свободно блуждающие между ними. В любом куске металла их сколько угодно, этих свободных электронов. Беспорядочно толкутся они между атомами, снуют взад и вперед, словно рой маленьких мошек, пляшущих в недвижном вечернем воздухе над спокойной гладью пруда. Но стоит присоединить этот кусок металла к источнику электрического напряжения, как электрические силы, подобно ветерку, внезапно подувшему на мушиную стайку, увлекают весь пляшущий* рой' электронов в одну сторону— к положительному полюсу источника напряжения. Так

образуется в металле движение электронного роя в одном направлении — то, что называется электрическим током

Это свойство электрона — двигаться под влиянием электрических сил — заставляет говорить, что электрон несет с собою отрицательный электрический заряд, — наименьший, какой существует в природе. Электрический заряд электрона — его главная особенность, его неотъемлемое свойство, где бы он ни находился, — в атоме или вне атома, в веществе или в пустоте. Полезное свойство! Благодаря ему образуется в металле электрический ток. А текущий! по металлу ток нагревает металл: электроны, ударяясь об атомы, повышают энергию их внутреннего движения в веществе, или, иными словами, повышают температуру металла. Электроны могут нагреть металл сильно, очень сильно раскалить его, как вольфрамовую проволочку в электрической лампе. А расска-ленный металл испускает свет — белый свет, заменяющий людям каждый вечер ушедшее солнце.

Но электрический ток может течь не только но проводам. Люди научились совсем освобождать электроны из металла, вырывать их наружу, в» пустоту откаченных стеклянных баллонов самых различных электронных приборов. Именно это происходит, например, в радиолампе, где возле источника электронов и металлической нити, носящей звучное имя — катод, помещен другой кусочек металла — анод, соединенный с положительным полюсом батареи Если катод раскалить электрическим током, то свободные электроны не будут более в силах оставаться в горячем металле. Они прорвут поверхность катода и лавиной устремятся прочь от него, к дру гому берегу, к положительному полюсу — аноду. Так через лампу пойдет быстрый поток электронов — электрический ток «в чистом виде» — без проводов, в пустоте.

Подобный электронный поток вне проводов используется и в рентгеновской трубке, где электроны, вылетев из катода, бомбардируют массивный анод с такой силой, что вышибают из атомов вещества анода электроны, входящие а состав самих атомов. & стройном хозяйстве каждого задетого атома от такого дерзкого вторжения чужих электронов наступает изрядный беспорядок. И природа спешит пополнить образо* вавшиеся бреши: группирует электроны в атоме по-иному, сажает на место выбитых новые. «Возбужденный», как говорят физики, атом успокаивается до другого удара и отдает полу ченный им от свободного электрона избыток энергии в виде электромагнитных волн, исходящих из анода, — рентгенпвских лучей.

Велика польза этих лучей, рожденных в рентгеновской трубке под градом налетевших на анод электронов. Всякий слыхал об их чудесном проникающем свойстве — о том, что с их помощью можно снимать фотографии сквозь вещество. На заводах они позволяют узнавать о скрытых пороках металла — о невидимых трещинах, грозящих быстрой поломкой детали. Врачи в больницах делают рентгеновские снимки внутренних органов и костей человека. Физики в лабораториях исследуют рентгеновскими лучами строение веществ — узнают расположение атомов. Химикам они помогают определять состав неизвестных соединений.

Нет числа примерам той пользы, какую получают люди от высокого умения техники управлять электронами!

Могучие средства дает технике это уменье. И тем более понятно, что она не хочет вслепую играть с электронами. Она требует от. науки точного представления об истинной природе этих носителей¹ электричества, она желает знать владеющие ими законы. И наука старается по мере сил удовлетворить это законное требование.

Посмотрим, что же знает наука об электронах.

Что мы знаем об электроне

Попробуем для начала составить себе представление об электронах, пользуясь теми случаями их применения, какие только что были приведены.

Зададимся вопросом: какие слова мы употребляли, когда описывали поведение электронов в различных приборах? Какими пользовались мы при этом привычным» для нас образами, понятиями, сравнениями?

и