Техника - молодёжи 1951-10, страница 19

с частотой в единицы и десятки герц. Правее идут генераторы с ионными электронными лампами. Далее - источники света. За ними — рентгеновские трубки.

При построении нашей таблицы принято, что данные энергии на входе преобразователя берутся по вертикальной оси, а данные выхода — по горизонтальной оси. Коротко говоря, вход на таблицу — справа и слева, а выход — вверх и вниз.

Конечно, можно было бы расположить преобразователи и по-иному: понизители 'частоты отправить вниз вправо, а повысители, наоборот, поместить вверху в левой части. Иными словами, сделать вход на таблицу сверху и снизу, а выход - направо и налево.

ОБЛАСТИ СВЕТА И ЗВУКА

В безбрежном океане колебаний должны быть особо отмечены две области. Механические колебания с частотой от 10² до 104 герц человеческое ухо воспринимает как звук. А узкая полоса электромагнитных колебаний с частотой от 4.10¹⁴ до 7. 10'* герц, с длиной волн от 0,4 до 0,7 микрона, с размером кванта энергии около двух электроновольт — видимый свет.

Из этих двух областей колебаний ведется атака на неведомое. Всякие иные колебания и волны человек познает, превращая их в свет или в звук. На этих превращениях основана измерительная техника решительно во всех отраслях промышленности и научных исследований.

На таблице превращений области света и звука намечены жирными линиями.

Вертикальные столбцы объединяют ряд явлений, при которых различные виды электромагнитной энергии превращаются в колебания избранной частоты. В верхней части избранной вертикали (над диагональю) колебания более высокой частоты превращаются в более низкую. В нижней части этой вертикали (под диагональю) колебания низкочастотные превращаются в более высокочастотные.

Если взять вертикальный столбец, соответствующий световому диапазону, то в верхней его части можно поместить флуоресцирующие экраны. На них крупные кванты с энергией в тысячи или даже миллионы электроновольт (гамма-излучение в результате ядерных реакций, рентгеновское излучение) превращаются в фотоны видимого света, обладающие энергией всего лишь в два примерно электроновольта. Частота электромагнитных колебаний при этих превращениях понижается в миллионы и в тысячи раз и во столько же раз возрастает длина волны.

В нижней части вертикали помещаются устройства, которые, наоборот, повышают частоту колебаний — из низкой делают высокую. Здесь находятся электронные телескопы (приборы для видения в темноте), где инфракрасное излучение превращается в видимый свет.

ЗОНА ТЕПЛА

Легче всего происходит превращение всевозможных колебаний в тепловые. Если выбрать на горизонтальной оси частоту 10¹³ герц и по вертикали подняться от низа таблицы, то первым делом мы пройдем через все устройства электронагрева. В самом низу - нагреватели постоянного тока и тока с частотой 50 герц. Выше — техника нагрева токами высокой частоты. Токи с частотой от сотен до нескольких миллионов герц применяются для нагрева металлов (плавка, поверхностная закалка, ковка и штамповка). При нагреве изоляторов и полупроводников применяются электромагнитные колебания с частотой, доходящей до миллиардов герц.

Самые разнообразные конструкции - спирали из медных трубок, конденсаторные обкладки, направленные антенны, полые резонаторы — применяются для превращения радиоволн в тепловые колебания. При всех этих превращениях в миллионы раз повышается частота и укорачивается волна.

В верхней части избранного маршрута, над диагональю, происходят превращения, связанные с удлинением волны, понижением частоты. Здесь в тепло преобразуются световые колебания. Еще дальше вверх превращаются в тепло ультрафиолетовые, рентгеновские. гамма-излучения

«НИЧЕЙНАЯ ЗЕМЛЯ»

Середина таблицы превращений соответствует электромагнитным волнам длиной в десятые и сотые доли миллиметра, частотам 10^1?- герц, квантам энергии в десятитысячные доли электроновольта. Эта область пустынна. Она показана штриховкой. Штрихованные по

лосы делят таблицу на четыре примерно одинаковых по величине квадрата. В известной человечеству части вселенной на колебания с частотой 10¹⁵ герц, на волны с длиной в десятые доли миллиметра падает минимум энергии.

Две «долины теней» пересекают таблицу преобразователей сверху донизу и от правого края до левого. Область волн более длинных, нежели световые, но более коротких, чем применяемые в радиолокации, — наименее изученная часть электромагнитного спектра.

Еще не существует мощных генераторов волн длиной в десятые доли миллиметра или приборов, в которых бы эти волны превращались с высоким кпд в другие виды электромагнитной энергии.

Это «ничейная земля» между светотехникой и радиотехникой.

Впервые электромагнитные волны длиной в доли миллиметра были получены Глаголевой-Аркадьевой, а затем Левитской. Они применяли искровой разряд между металлическими пылинками. Излучаемая мощность измерялась стотысячными долями ватта. При помощи интерференции от металлических зеркал промерялись длины волн.

Обнаруживались эти волны по нагреву тончайших проволочек.

Электромагнитные волны в десятые доли миллиметра соответствуют собственным колебаниям крупных сложных молекул. Были предположения, что именно эти волны сопутствуют работе мозга и с их помощью можно передавать мысли на расстояние. Были и попытки построить «генераторы чудес», которые могли бы воздействовать на психическую деятельность, вызывать те или иные эмоции и настроения. Но процессы, идущие в мозгу и нервной системе, в основе своей — это электрохимические процессы. Электромагнит ные колебания - лишь слабые спутники таких процессов. Мощность электромагнитного излучения быстро падает при удалении от его источника.

При частотах порядка 10^1г герц мощности измеряются ничтожными долями ватта. А при более низких и при более высоких частотах удается получать в миллионы раз больше концентрации энергии.

При частотах 10³—10° герц (генераторы для высокочастотной электротермии) приходится часто иметь дело с удельными мощностями порядка киловатт на квадратный сантиметр (при нагреве стали под поверхностную закалку).

Большие удельные мощности достижимы и при частотах выше 10¹³ герц.

ПУТЬ ОДНОГО НАПРАВЛЕНИЯ

Т рансформаторы, которые меняют только концентрацию электромагнитной энергии или соотношение между магнитными и электрическими силами, а величину кванта оставляют неизменной, по большей части обратимы. Это значит, что вход и выход энергии у них можно менять местами. Один и тот же прибор может либо повышать, либо понижать концентрацию энергии. Эти трансформаторы являются только согласователями сопротивлений.

Объектив фотоаппарата может дать на светочувствительной пленке как уменьшенное, так и увеличенное изображение. Один и тот же трансформатор переменного тока, состоящий из медных спиралей на стальном сердечнике, может повышать электрическое напряжение или, наоборот, понижать его.

В радиолокационной установке одна и та же антенна выбрасывает в пространство электромагнитную энергию — излучает ее, а затем эта же антенна воспринимает приходящее от далекого объекта отраженное излучение.

Преобразователи, меняющие размер кванта, длину волны и частоту электромагнитных колебаний, большей частью необратимы. Одни могут только понижать частоту — дробить, мельчить кванты. А другие, наоборот, предназначены исключительно для повышения частоты — укрупнения квантов. Вход и выход энергии у преобразователей квантов обычно менять местами нельзя.

Лампа накаливания превращает постоянный ток и любой переменный в тепловые и световые колебания с частотой от 10" до 10¹⁶ .герц. Но обратное преобразозание лампа накаливания произвести не способна.

Световую энергию можно преобразовать в электрическую не лампой накаливания, а фотоэлементом. Но зато фотоэлемент не приспособлен для превращения постоянного или переменного тока в свет.

В таблице превращений надо отдельно рассматривать те преобразования, которые расположены над диагональю, и те, что находятся под ней.

17