Текст книги "Борьба за скорость"
Автор книги: Борис Ляпунов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 13 (всего у книги 17 страниц)
Напряжение в один вольт действует на ничтожно малый электрон с ничтожной силой. В пересчете же на грамм массы эта сила составляет около 2 миллионов тонн! Расстояние в один сантиметр между катодом и анодом электрон пролетает за 4 стомиллионных доли секунды. Его скорость – 600 километров в секунду. Увеличивая напряжение между катодом и анодом, можно электрон заставить двигаться еще быстрее. Так, при напряжении в 1 000 вольт скорость достигнет 18 тысяч километров в секунду. Тогда полет электрона займет всего одну миллиардную долю секунды.
Электроны в наших приборах соперничают в скорости со светом.
Физика учит, что при больших скоростях, сравнимых со световой, действуют особые законы. Масса начинает расти с увеличением скорости. И действительно, электрон разогнанный до скорости, скажем, 50 тысяч километров в секунду, весит уже несколько больше, чем весил он до начала движения – примерно на 2 процента.
Ученые получают и еще большие скорости электронов. Поток быстрых мельчайших частичек, разгоняемых электрическими силами, стал в руках человека мощным орудием для бомбардировки атомного ядра, орудием для изучения атомного мира.
В ускорителях заряженных частиц удается приблизиться к скорости света. Именно в них получена скорость, которая почти равна световой, – меньше ее всего лишь на три сотых доли процента. Это самая большая скорость, которую человек получил искусственно на Земле.
Чтобы заставить электроны нестись вдогонку за светом, их разгоняют, пользуясь электрическими и магнитными силами. Электрон, подхлестываемый ими, сотни тысяч раз проносится по своей круговой орбите в своеобразной электромагнитной «карусели». За ничтожное время он успевает пробежать по кругу путь в тысячу с лишним километров. С каждым новым оборотом набирает электрон скорость, которая к концу разгона и получается столь чудовищно большой.
А большая скорость – это большая энергия. Получившие огромную энергию, частицы, как снаряды какой-то сверхмощной артиллерии, вторгаются в недра атома. Эти «возмутители спокойствия» выбивают из его ядра отдельные частицы. Ядро одного элемента превращается в ядро другого. Один элемент превращается в другой.
Еще сравнительно недавно 92-м элементом заканчивалась таблица Менделеева. Сейчас в ней 100 элементов. Искусственно получены новые, неизвестные нам раньше элементы.
Познание атомных превращений, управление ими – вот что дают сверхбыстрые машины, где работают потоки заряженных частиц.
Из глубины Вселенной приходят на Землю космические лучи. Они врываются в земную атмосферу, сокрушая частички воздуха на своем пути, выбивая из них электроны, а иногда даже разрушая ядра атомов. Целую лавину сложнейших превращений в атомах и молекулах вызывают космические частицы.
Лауреат Сталинской премии профессор Я. П. Терлецкий высказал и обосновал предположение, что во Вселенной есть «космические циклотроны» – звезды, которые, вращаясь, создают магнитную карусель. Так космические частицы разгоняются чудовищными электромагнитными силами до огромных скоростей, запасаются энергией для далеких путешествий, для атаки атомных миров.
Мы думаем сейчас о том, чтобы на Земле получить искусственные космические лучи, чтобы еще глубже проникнуть в тайны микромира, в самую неприступную крепость природы – атомное ядро.
Электроны, разогнанные электрическими силами, летят с космической скоростью в межзвездной пустоте, созданной и заключенной нами в электронном приборе, – маленьком «кусочке Вселенной», искусственной космической лаборатории на Земле.
Что же будет, если на пути лавины электронов, несущихся с космической скоростью, встанет препятствие? К чему приведет удар электрона – маленького сверхбыстрого снаряда из атомного мира?
Оказывается, энергия движения внезапно заторможенного электрона переходит в энергию излучения. Возникают невидимые глазом, но проникающие глубоко в недра вещества, лучи. Они, в свою очередь, способны проникнуть далеко в глубь микромира.
Бетатрон – ускоритель заряженных частиц.
Но даже если электроны и не обладают космическими сверхскоростями, а летят с «небольшой» скоростью в тысячи километров в секунду, – при ударе их о препятствие также рождаются невидимые лучи.
Эти невидимые – рентгеновские – лучи позволяют заглянуть в невидимое.
Последние достижения рентгенотехники открыли перед нами новые, необыкновенные возможности.
Нетрудно сделать рентгеновский снимок с неподвижного предмета. Лучи Рентгена действуют на специальную пленку, как и обычные световые лучи на фотопластинку. Они по-разному проходят через разные предметы, и пленка темнеет по-разному в разных местах. На рентгеновском снимке можно поэтому отчетливо увидеть кости скелета человека, монеты в кошельке, трещину или раковину в слитке металла, старое изображение под слоем новой краски на картине.
Но как сделать рентгеновский снимок с предметов, которые движутся с огромными скоростями? Как заглянуть внутрь детали работающей быстроходной машины? Ведь при этом, как и при высокоскоростных процессах, иной, чем обычно, счет времени – не секунда, а милли– и микросекунда, тысячная или даже миллионная доля секунды – такова там мера времени.
За время выдержки, которая нужна при съемке и исчисляется обычно секундами или минутами, успевает совершиться очень многое. В «обычном» мире момента, мгновения достаточно, чтобы заснять быстрое движение, а в мире сверхвысоких скоростей этого сделать нельзя.
«Моментальной фотографии» не может быть там, где «момент» – большое время.
Советские ученые сумели создать «моментальную» фотографию для процессов сверхвысоких скоростей.
Вместо того чтобы пропускать через рентгеновскую трубку поток электронов длительное время, его пропускают лишь миллионные доли секунды. Этой вспышки, «импульса» в трубке достаточно, чтобы лучи прошли через предмет, достигли пленки и дали на ней изображение. Время выдержки сокращается примерно в 2 миллиарда раз!
Разработали специальные «импульсные» рентгеновские трубки, с помощью которых на рентгенограммах можно увидеть то, что ускользало от нашего глаза до сих пор.
Как вырываются, пороховые газы из дула винтовки, когда пуля подходит к его концу? Как изменяется форма пули в полете? Как проникает бронебойная пуля в броню? Как происходит взрыв бомбы? Как сильно при мгновенной большой нагрузке растягивается металл?
Можно увидеть, что делается в частях быстро вращающейся турбины, центрифуги, сверхскоростного электромотора и воздушного компрессора.
Электронограф.
Импульсная рентгенография становится новым могучим средством изучения мира больших скоростей. Новые, совершенные типы импульсных рентгеновских трубок построены лауреатом Сталинской премии, научным сотрудником Академии наук СССР В. А. Цукерманом.
Пучок электронов оказывается в наших руках орудием, открывающим дорогу в тайники вещества. Советские ученые создали новую отрасль электроники – электронографию, которая теперь все шире и шире применяется в технике.
Проходя через тончайшую пленку металла, пластмассы или другого вещества, электроны рассеиваются в ней. На фотографии такой пленки после рассеяния в ней электронов получаются характерные светлые пятна, кольца, круги. Это результат взаимодействия электронов с молекулами и атомами.
Ход электронных лучей в электронографе.
Картину, по которой можно судить о свойствах вещества, заглянуть внутрь мельчайших его частиц с помощью пучка электронов, назвали электронограммой.
На ней можно наглядно увидеть, как меняется тончайшее строение металла при обработке, что происходит в поверхностном слое металла при шлифовке и полировке.
Оказалось, что после полировки получаются такие же электронограммы, как и от вещества аморфной, некристаллической структуры. Строгий порядок среди атомов металла нарушает сам полировальный порошок, перетасовывая атомы в тончайшем поверхностном слое как попало.
Электронограммы дали разгадку того, что происходит при окислении железа, какие и как образуются на нем защитные пленки, как ведут они себя, если добавлять к железу примеси других металлов. Иначе говоря, можно проникнуть в тайны жароупорной, неокисляющейся стали. С помощью электронограмм изучают поведение смазки, образование минералов, растяжение пленок материалов, – все это нужно для техники, для практики, для науки.
Так пучок электронов, помогая заглядывать в недра вещества, служит науке и технике, теории и практике.
Мы говорили до сих пор об одном виде управления электронным потоком – о разгоне и торможении электронов. Но можно управлять и направлением такого потока. Это открывает новые, поистине удивительные возможности.
Пусть у нас есть простейшая электронная трубка – катод и анод, в пустом стеклянном баллоне. Анод мы сделаем в форме цилиндрика-кольца и зарядим его положительно. Тогда электроны пройдут через него, ускоряя свое движение, и выйдут узким пучком – лучом.
Анодов может быть несколько, но задача у них одна. Нужно превратить широкий электронный поток, в котором, кстати, с помощью специального электрода-сетки можно регулировать количество электронов, мощность потока, – в узкий луч. Вот почему и называют все это устройство «электронным прожектором», или «электронной пушкой».
Если электронный луч дальше предоставить самому себе, он пойдет к концу трубки, на дно, где устроен экран, покрытый светящимся составом. На нем появится светлое пятнышко – результат бомбардировки экрана электронами. Это пятнышко будет как раз против «дула» электронной пушки, откуда вылетает электронный пучок.
Так устроен один из самых распространенных и важных электронных приборов – электронно-лучевая трубка.
Электронно-лучевая трубка и ее применение.
Но наше описание будет далеко не полным, если не сказать о главном – как управляют электронным лучом в такой трубке.
Здесь снова приходит на помощь природа электрических зарядов, которые могут притягиваться или отталкиваться друг от друга.
Две пары металлических пластин, поставленных на пути луча, отклоняют его вверх или вниз, вправо или влево и таким образом управляют им.
Сначала луч встречает пару вертикальных пластин. Одна стоит справа по ходу луча, другая – слева от него. Если правая пластинка заряжена отрицательно, а левая – положительно, то луч неминуемо отклонится влево. Ведь сам луч состоит из отрицательных электрических, частичек. Правая пластинка будет его отталкивать, а левая – притягивать.
Казалось бы, на этом путешествие луча должно и закончиться. Он попал в западню. Подталкиваемый справа, притягиваемый слева, он неизбежно попадет на левую, положительную пластинку.
Но не тут-то было! Луч мчится с неслыханной быстротой и пространство между пластинками проскакивает столь быстро, что пластинки еле-еле успевают отклонить его с прямолинейного пути. Поэтому-то светлое пятнышко появится не в центре экрана, а в левом его краю. Если пластинки поменяются зарядами, то, естественно, пятнышко окажется справа.
А дальше на пути луча поставлена такая же ловушка из пары горизонтальных пластин. Одна – сверху по ходу луча, другая – снизу. Заряжая их разноименными зарядами, можно заставить луч подниматься или опускаться.
Мы получили возможность управлять электронным лучом. Можем не только заставить его «гулять» справа налево или слева направо по экрану трубки. Можем заставить его делать это в строго определенное время, например, в тысячную долю секунды. Ведь луч будет отклоняться пластинками тем сильнее, чем сильнее они заряжены. Заряды же пластинок и смена зарядов в нашей власти.
Пара вертикальных пластинок заставляет электронный луч двигаться по экрану.
Теперь пусть на другую пару пластин тоже поступили заряды. Их может дать отраженный от цели радиосигнал, который мгновенно открывает доступ зарядом так, что нижняя пластинка отталкивает, а верхняя притягивает электронный луч.
И луч «сбивается» с пути, «спотыкается». Тем самым, объявляя о получении сигнала и показывая, когда он получен, луч играет роль часовой стрелки. Путь его размерен, и пятнышко подскакивает против того или иного деления циферблата наших электронных часов.
Так, управляя электронным лучом с помощью электронно-лучевой трубки, можно измерять время в микромире.
Зная время путешествия радиолуча туда и обратно, можно измерять расстояния.
И электронно-лучевая трубка стала важнейшей частью радиолокатора.
Локаторы широко применялись в минувшей войне на суше, море и в воздухе – на самолетах и кораблях, в артиллерии и противовоздушной обороне, в авиабомбах и снарядах.
Радиолокаторы ночью, в тумане обнаруживали вражеские самолеты и опознавали свои, помогали штурманам вести морские и воздушные корабли, наводили самолеты и орудия на цель, взрывали снаряды, чтобы без промаха поразить в воздухе врага. Маленький радиолокационный взрыватель, размерами немного больше стакана, выдержав чудовищное ускорение при выстреле, взрывал снаряд, даже если тот и не попадал в самолет, а только проносился мимо него.
Но у радиолокации есть и другие цели. Она нужна в мирной жизни, чтобы безопасно летали самолеты, чтобы шли корабли – в любую погоду, днем и ночью, в тумане и во льдах.
Радиолокация обогатила науку. Много интереснейших наблюдений можно вести с помощью радиолокатора.
Метеоры не только ночью, но и днем, не только крупные, но и мелкие, незаметные даже для вооруженного глаза, обнаруживает локатор.
Он следит за полетом шара-зонда, за ракетой, наблюдает за облаками, дождями и грозами.
Точность определения расстояний в локации достаточно высока. Как-то с локатором наблюдали на высоте в сотню метров рой насекомых. Одновременно измерили высоту теодолитом – та же цифра!
Мощный радиолокатор послал волны на Луну – и был получен ответный сигнал, точно измерено расстояние до нашего спутника.
Более того, исследуя отражение волн от Луны, узнали, – это только предполагалось раньше, – что Луна покрыта тонким слоем пыли в миллиметр толщиной, и измерили температуру лунной поверхности!
Снимки, сделанные с помощью электронов и рентгеновских лучей. Слева – электронограф и электронограммы от: 1 – кристаллов поваренной соли, 2 – кристаллической сурьмы, 3 – аморфной сурьмы, 4 – пленки серебра. В середине – малогабаритный электронный микроскоп и снимки: 5 – молекул красителя гемоцианина, 6 – поверхности травленого алюминия, 7 – протравленной меди. Справа – импульсная рентгеновская трубка и снимки прохождения пули через алюминиевый лист (8).
Быть может, в будущем удастся добраться радиолучом до Марса, заглянуть за густую пелену облаков, скрывающую от нас лик Венеры…
Радиоволны стали межпланетными, путешественниками. Когда в мировое пространство отправятся космические корабли, радио свяжет их с Землей.
Электронный луч необыкновенно чувствителен. Он откликается на сигналы продолжительностью в миллионные доли секунды. Вот почему с помощью электронно-лучевой трубки можно наблюдать быстро идущие электрические процессы, высокочастотные колебания.
Техника же умеет превращать в электрические колебания великое множество происходящих везде и всюду явлений. Ведь электрические свойства связаны с другими: меняется сопротивление нихромовой проволочки, когда изменяется ее длина; свет в фотоэлементе превращается в ток. И в конце концов всегда можно получить «электрическую картину» явлений, получить его точную копию, но уже на языке электрических колебаний.
На циферблате электронных часов можно наблюдать, как разыгрываются во времени различные явления, интересующие физика, химика, биолога, врача.
Тогда одна пара пластин, как и раньше заставляет луч гулять по циферблату-экрану, выполняя роль стрелки часов. А на другую пару пластин подается электрическое напряжение, но уже не от радиосигнала, преобразованного в ток, как в радиолокаторе, а от любого другого прибора, который измеряет и превращает в электрические колебания какой-либо интересный для нас процесс.
Колебания, поданные на пластины, отклоняют пятнышко на экране, подобно тому, как это было с сигналом, полученным трубкой от радиолокатора. Повторяясь много раз, они и чертят пятнышком кривую, которая говорит нам, как меняется во времени та или иная величина, как происходит тот или иной процесс.
И на экране видим, как растет и падает давление в цилиндре автомобильного мотора, изменяется со временем частота, сила, напряжение тока в различных электрических устройствах, цвет и состав вещества при химических превращениях, как пропускает свет открывающийся затвор фотоаппарата и какие токи возникают при работе человеческого сердца.
Электронно-лучевая трубка выступает как помощник не только ученого, но и инженера, конструктора, химика, биолога, врача.
Электронный луч, послушно следующий быстрым электрическим сигналам, дает возможность видеть на расстоянии.
Заглянем в студию телевизионного центра, откуда идет передача, и там увидим электронно-лучевую трубку.
Эта трубка – особого устройства. Ее экран состоит из множества крохотных фотоэлементиков. В фотоэлементиках под действием света появляется электрический ток.
Во всяком изображении есть светлые и темные места. Если посмотреть через лупу на снимок, помещенный в газете или книге, то видно, что он весь состоит из темных и светлых пятен. Свет отражается не одинаково от разных мест предмета. Поэтому на фотоэлементики экрана трубки падает свет местами более сильный, местами более слабый. Разные в них поэтому возникают и электрические токи.
Электронный луч, обегая фотоэлементики ряд за рядом, включает их по очереди в цепь. Слабые электрические сигналы затем усиливаются и в конце концов преобразуются в радиоволны.
Применение радиолокации. 1. Радиолокатор предупреждает столкновение самолетов в воздухе. 2–3. Позволяет «видеть» землю в темноте и тумане и облегчает посадку на аэродром. 4. Радиолокатор обеспечивает безопасность судовождения. 5. Позволяет наблюдать на большом расстоянии облака, дожди и грозы, метеоры – не только ночью, но и днем (6), следить за полетом ракеты (7) и шара-зонда (8). 9. С помощью радиолокатора измерено расстояние до Луны.
В телевизоре все происходит в обратном порядке. Полученные сигналы подаются в приемную электронно-лучевую трубку – важнейшую часть телевизора. В ней электронный луч также двигается по экрану, как и в передающей трубке. Но поток электронов все время изменяется, следуя изменениям принятых сигналов. Поэтому и экран светится неравномерно. На нем появляются светлые и темные места, в точности воспроизводящие передаваемое изображение.
Электронный луч на экране трубки «рисует» изображение. Повторяясь много раз в секунду, оно сливается в нашем глазу в один сплошной рисунок.
Мы видим сплошной след от тлеющего уголька, если его быстро двигать. Мы видим световую рекламу, когда быстро зажигаются и гаснут лампочки, сливаясь в одно яркое изображение цифр или букв. И вспышки от ударов электронов, бегущие по экрану, сливаются в один рисунок.
Чтобы картина на экране была четкой, луч, передающий изображение, и луч в приемной трубе должны одновременно начинать и кончать обход каждого ряда фотоэлементиков, одновременно переходить с одного ряда на другой. Для этого лучу, принимающему изображение, подаются специальные сигналы. По этим сигналам луч начинает обход каждого ряда.
Так электронно-лучевая трубка передает и принимает изображение.
С помощью электронно-лучевой трубки взгляд человека проник и глубоко во Вселенную и глубоко в недра вещества.
Схема передачи и приема изображений в электронной системе дальновидения.
Самый сильный микроскоп увеличивает предметы в 2 тысячи раз. В нем еще можно увидеть предмет размером в одну десятитысячную миллиметра. А дальше природа света ставит предел проникновению в микромир.
На помощь пришел электронный микроскоп и предел отодвинут далеко. Невидимые электронные лучи помогают видеть невидимое.
В этом нет ничего удивительного. Во многом похожие на световые, электронные лучи также могут собираться в узкий пучок линзами.
Они так же, как и световые лучи, могут, проходя через прозрачные для них предметы, по-разному ими поглощаться, в зависимости от их толщины и плотности.
Но если световые лучи бессильны обнаружить предметы меньше десятой доли микрона, то электронный луч «видит» в 50 раз лучше. Он дает увеличение в 100 тысяч раз! А новейшие конструкции подобных микроскопов, возможно, дадут увеличение еще в несколько раз больше.
Все та же электрическая природа электронных лучей помогает использовать их, чтобы увидеть то, что долгое время оставалось скрытым от глаз человека.
Действуя на электроны электрическими или магнитными силами, можно изменить направление их движения и собрать в одну точку, подобно тому, как это делает обычная линза со световыми лучами.
Источником электронов будет здесь, как и во всех электронно-лучевых трубках, электронная пушка.
Система электрических или магнитных линз служит для увеличения в электронном микроскопе. Проходя через тонкую пленку какого-нибудь исследуемого вещества, электроны рассеиваются в нем. И на светящемся экране или фотопластинке появляется увеличенное «теневое» изображение светлых и темных мест образца.
Мы видим на экране или снимке жизнь мельчайших бактерий и вирусов, тайны химических превращений и строения вещества. В электронном микроскопе можно наблюдать даже отдельные молекулы.
Он открывает новые возможности для тончайших исследований строения металлов и сплавов и состояния их после обработки.
Электронный микроскоп.
Создатели первого советского электронного микроскопа академик А. А. Лебедев, кандидат физико-математических наук В. Н. Верцнер и инженер Н. Г. Зандин удостоены Сталинской премии. Теперь во многих научных институтах нашей страны ученые применяют электронные микроскопы – новое могучее средство изучения микромира.
Электроны делают видимыми тепловые излучения, которые не воспринимает наш глаз. Невидимыми инфракрасными лучами предметы выдают себя ночью, в сумерки, в тумане.
Пучком таких лучей «освещается» цель. Достигнув ее, лучи отражаются и возвращаются обратно, подобно радиоволнам, посылаемым локатором.
Радиоволны, идущие от цели, принимаются приемником локатора. Инфракрасные лучи попадают на чувствительный к таким лучам слой, из которого выбивают электроны. Они бомбардируют экран, заставляя его светиться.
Вместо невидимого изображения в инфракрасных лучах на святящемся экране электронного «телескопа» появляется видимое глазом изображение. Так электричество превращается в свет.
Электронно-лучевая трубка делает это, открывая окно в невидимый мир.
Чувствителен и послушан электронный луч. Можно разогнать электроны до такой скорости, какую не дает ни одна машина.
Можно заставить электроны мгновенно изменить свой путь.
«Мгновенно!» Это привычное для нас выражение, когда говорят о чрезвычайно маленьком промежутке времени. Однако мгновение – немалое время в микромире.
Оно длится десятые доли секунды!
А электронному лучу, который дошел до края экрана, нужны всего миллионные доли секунды, чтобы вернуться обратно и снова начать движение.
Никакая обычная машина не может сделать такое. Никакое человеческое чувство не в состоянии уловить сверхмгновения времени. И только электроника способна на это.
Необыкновенные свойства электронных машин объясняются природой частиц, которые в них работают, природой электронов.
Они малы и легки. Поэтому так мала их инерция и так велика их «поворотливость». Чем больше масса, тем больше инерция. Тяжелое тело дольше не может остановиться. Невообразимо легкий электрон останавливается «мгновенно» (мгновение – дань привычному!).
Поток электронов можно не только ускорить или повернуть. Его можно усилить.
В этом кроются новые возможности.
Какой машиной можно управлять, затрачивая мощность в такие доли ватта, что и прочитать-то их нельзя: после нуля, отделенного запятой, стоит еще 14 нулей! Ватт составляет 0,00136 лошадиной силы. Значит речь идет о совершенно ничтожных мощностях.
В какой машине можно, получив очень малую мощность, усилить ее в сотни миллиардов раз!
Неуловимое нашими чувствами становится осязаемым, зримым, доступным.
Свет от звезд – вестник далеких миров во Вселенной. Они так далеки от нас, что некоторые уже, быть может, погибли, а свет от них еще идет к Земле. И многие звезды остаются скрытыми от человека, вооруженного мощными телескопами, потому что слишком мало света доходит из глубин Вселенной от этих небесных миров.
Открылась бездна, звезд полна,
Звездам числа нет, бездне – дна! —
восклицал Ломоносов. Звездам нет числа… Сколько звезд мы не можем увидеть глазом!
Электронные машины открыли новую главу в астрономии – астрономию невидимого. Столетия прошли, но мы лишь силой воображения представляли себе спутников звезд, на которых возможна жизнь, лишь догадывались о них.
Теперь мы их изучаем. И это помогла сделать электроника.
Электроника стала и помощником астрономов, которым нужна очень большая точность при измерении очень малых величин.
С помощью фотоэлементов можно чрезвычайно точно определить, насколько потемнела пластинка от самого слабого света, как расположены спектральные линии, раскрывающие тайны строения звезд.
Электронные часы измеряют время с точностью до одной стомиллионной доли секунды. В точных астрономических исследованиях они незаменимы.
Следящее устройство с электронным усилителем поворачивает телескоп, неотступно направляя его туда, куда нужно астроному. Счетно-решающие устройства производят сложнейшие астрономические вычисления с астрономической точностью, с фантастической скоростью.
И в астрономию проникает автоматика!
Мы много говорили о чудесных сплавах для техники больших скоростей. Создавая их, нужно точно выдерживать заданный нагрев и состав. Обычные приборы, не говоря уже о наших органах чувств, не могут уловить малейшие изменения температуры или количества примесей, а от этого зависит рождение сплава.
Выдерживать температуру с точностью до тысячных долей градуса, точный состав сплава, мгновенно изменять ход плавки, если она отклонилась от нужного режима, могут только электронные приборы.
В станках-автоматах идет обработка с точностью до десятых долей микрона. С огромной быстротой автоматы контролируют готовые изделия. И здесь встретим мы электронные приборы.
Рождается множество веществ с новыми свойствами. Нужно точное и быстрое управление различными процессами, недоступное человеку и его обычным машинам. И электроника приходит на помощь.
Нужно управлять автоматически моторами. Нужно наблюдать за горением в топках, не допуская излишнего расхода топлива. Нужно бороться с дымом. Нужно нагревать металл токами высокой частоты.
Можно в сотни и тысячи раз ускорить расчеты при проектировании машин.
Можно ответить на разнообразнейшие вопросы, вроде: что будет с самолетом при пикировании? Какими выбрать размеры данной машины? Как будет работать турбина, электромотор, трансформатор? Что случится с сооружением через несколько лет?
И все это делает электроника.
Электронная лампа с управляющей сеткой. Сверху вниз: на сетке нет заряда, на сетке отрицательный заряд, на сетке положительный заряд.
Мы уже привыкли к разговору без проводов, радиосвязи на сотни и тысячи километров. Радио, прочно вошедшее в нашу жизнь, также немыслимо без электроники. Век радио – это и век электроники, потому что не было бы современного радио без электронной лампы.
Вернемся ненадолго к простейшей электронной трубке – катоду и аноду в стеклянном баллоне.
Схема радиопередачи.
Поставим на пути электронов, между катодом и анодом, еще один электрод – металлическую спираль, называемую сеткой.
Эта сетка не будет мешать полету электронов, но лишь пока она не заряжена.
Что же случится, если сетку зарядим?
Электроны, вылетевшие из катода, не летят к аноду, правильным пучком. Не все они имеют достаточно скорости, чтобы долететь до него. Недаром приходится в электронно-лучевой трубке электроны «подталкивать» по дороге и собирать в узкий пучок – луч.
Если этого не сделать, электроны будут беспорядочно носиться около электродов, как мошкара вокруг зажженной лампы. Лишь небольшая часть их доберется до цели – анода. Ток в цепи будет мал.
И вот в этом рое электронов появляется сетка.
Она управляет движением электронов, как светофор уличным движением.
Красный свет! Стоп! На сетке – отрицательный заряд. Она не пускает электроны к аноду.
Зеленый свет! На сетке – положительный заряд. Она притягивает теперь электроны. Электронный рой, притягиваемый и ускоряемый сеткой, направляется к аноду. Сетка заставляет лететь к нему значительно больше электронов, чем полетело бы без нее. Растет ток в цепи. Он усиливается во много раз.
В этом секрет электронной лампы-усилителя. С несколькими лампами можно довести усиление тока до миллиарда, до сотни миллиардов раз. И еле-еле слышимый шепот, слабые, незаметные сигналы с их помощью говорят полным голосом. Мы «слышим голос» руды под землей, которая действует на магнитный прибор пролетающего над месторождением самолета, узнаем свойства металла, которые обнаруживают себя при пропускании по нему тока, слышим, как растет трава, ловим малейшие изменения, которые говорят нам о том, что нас интересует, – температуре, давлении, скорости, влажности и о многом другом.
Сейчас созданы самые разнообразные конструкции электронных ламп. Их ежегодное производство достигает нескольких сот миллионов штук. Как и электронно-лучевая трубка, эта лампа – самый распространенный электронный прибор современности.
Электронную лампу-усилитель встретим в радиотехнике, где нужно усилить слабые сигналы, где нужно получить такие частые изменения силы тока в цепи, какие недоступны никакому другому электрическому прибору. Какой переключатель смог бы делать миллионы переключений в секунду! А электронная лампа легко делает это, потому что управлять ее током можно с огромной скоростью, создавая колебания тока до миллиардов раз в секунду.
Электронный счетчик может сделать до 100 тысяч отсчетов в секунду. Никакой другой не угонится за ним!
Схема радиоприема.
Радиотехника овладела сейчас сверхбыстрыми колебаниями. Сверхвысокочастотные радиолампы создают колебания частотой в десятки миллиардов в секунду! Эта новая электронная техника стала основой радиолокации, телевидения, высококачественной радиосвязи.
Электронные лампы, создающие быстрые колебания, работают не только в радиотехнике.
Они применяются для нагрева токами высокой частоты металла, пластмасс, древесины. Высокочастотный нагрев завоевал прочное место в нашей промышленности.
Электронные лампы-усилители и генераторы высокочастотных колебаний необходимы для автоматического контроля и регулирования производственных процессов, для сверхбыстрого испытания металлов, для управления станками-автоматами, электросваркой, плавного переключения скорости электромоторов, для мгновенного решения сложнейших математических задач в «машинной математике».
