Текст книги "Покоренный электрон"

Автор книги: Михаил Ивановский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 13 (всего у книги 23 страниц)

Новые музыкальные инструменты

Когда Московская радиостанция начала передавать в эфир концерты, лекции и доклады, взрослые и школьники с увлечением принялись мастерить самодельные приемники.

Новое дело привлекло десятки тысяч энтузиастов-любителей. К началу 1925 года было зарегистрировано около 25 тысяч владельцев радиоприемников и число их росло с каждым днем.

Радиолюбители с увлечением мастерили самодельные приемники, придумывали всевозможные усовершенствования, изобретали новые схемы. Радиотехника открывала широкое поле для самостоятельных исследований, и она многим обязана первым энтузиастам радио. Из среды радиолюбителей вышли многочисленные кадры квалифицированных исследователей и практиков.

В горячую пору всеобщего увлечения радиолюбительством было замечено свойство ламповых приемников свистеть при чрезмерном увеличении обратной связи. Возникновение генерации электрических колебаний – недостаток приемника; с ним борются, тщательно экранируя алюминиевыми колпаками лампы и катушки колебательных контуров. Но в технике часто бывает, что явление, вредное в одном случае, оказывается полезным в другом.

Ленинградские радиолюбители первыми догадались, что радиоприемник с генерирующей лампой можно превратить в своеобразный музыкальный инструмент. Ведь стоило приблизить руку или металлический предмет к колебательному контуру, как тотчас же менялась высота звука. Приемник свистел на разные голоса.

Особенно удивительного в этом явлении ничего нет: приближение руки изменяет емкость колебательного контура. Он настраивается на другую частоту, и это сказывается на высоте звука. Звучанием можно управлять; следовательно, приемник способен стать музыкальным инструментом.

Для осуществления этой идеи от колебательного контура сквозь верхнюю крышку приемника вывели наружу металлический стержень, а колебательный контур и звуковые фильтры подобрали так, чтобы из громкоговорителя слышался не поросячий визг, а приятный для слуха музыкальный тон.

Новинка привлекла на первых порах всеобщее внимание, изобретатели первого в мире радиомузыкального инструмента с успехом показывали его с эстрады.

На сцену выносили небольшой полированный ящичек, из верхней крышки которого выступал металлический стержень длиной в 20–25 сантиметров.

Музыкант-исполнитель подходил к этому ящику, протягивал руку к стержню, и прибор начинал петь. Каждое приближение или удаление руки плавно меняло высоту звука.

Игра на звучащем радиоприборе производила странное впечатление. Человек, извлекая звуки из воздуха, напоминал дирижера, который управляет оркестром, но оркестр этот состоял из одного единственного инструмента.

Первый электромузыкальный прибор был весьма далек от совершенства. Он давал только один музыкальный тон, изменяющийся по высоте. На нем удавалось исполнять лишь несложные мелодии. Соперничать с обычными духовыми или струнными инструментами, а тем более с оркестром, в котором звучат одновременно десятки инструментов, он никак не мог.

За годы, прошедшие с тех пор, радиотехника сделала грандиозные успехи. Появились новые электромузыкальные инструменты. Из них наиболее совершенными считаются эмиритон и В-8.

Название эмиритона составлено из начальных букв нескольких слов. Первые три буквы э м и означают: электромузыкальный инструмент; следующие две буквы – р и и взяты от фамилий изобретателей: профессора Римского-Корсакова и инженера Иванова. Последний слог «тон» означает звук. Все вместе – эмиритон.

Другой электромузыкальный инструмент В-8 – обозначен начальной буквой фамилии своего изобретателя А. Володина. Эмиритон и В-8 – чисто электрические инструменты. В них нет струн, как у рояля или скрипки, нет звучащих язычков, как у аккордеона.

Открыв заднюю крышку эмиритона, можно увидеть сложное переплетение разноцветных монтажных проводов, катушки самоиндукции в алюминиевых экранах-чехлах, конденсаторы, дроссели, сопротивления и другие детали, все, как в большом и сложном радиоприемнике. В-8, например, имеет 46 ламп!

По внешнему виду эмиритон похож на небольшое пианино или на старинный клавишный инструмент-клавикорды. У эмиритона имеется клавиатура, и музыкант играет на эмиритоне, как на пианино, – обеими руками, нажимая пальцами на клавиши. Эмиритон издает при этом звуки в тембрах кларнета, гобоя или фагота.

Кроме клавиатуры эмиритон снабжен также грифом. Это – длинная полоса, расположенная вдоль клавиатуры и покрытая сверху цветным пластикатом.

Эмиритонист может исполнять музыкальное произведение, пользуясь по желанию либо клавишами, либо грифом. Касаясь грифа, скользя по нему пальцами, эмиритонист заставляет инструмент звучать, подражая скрипке, виолончели или человеческому голосу.

Переключение с одного тембра на другой, – с кларнета на фагот или со скрипки на контрабас, – производится мгновенно, для этого достаточно нажать на клавиши тембров.

Эмиритон обладает примерно пятьюдесятью различными тембрами и может подражать звучанию почти всех существующих музыкальных инструментов – от самой маленькой флейты-пикколо до большого контрабаса.

С помощью ножной педали, эмиритонист управляет силой звука, меняя ее от еле слышного журчания до могучего рева органных труб.

По богатству тембрами эмиритон не имеет себе равных среди всех обычных музыкальных инструментов: Несколько эмиритонов могут составить оркестр, не уступающий по звучанию симфоническому оркестру полного состава.

И все же разносторонние свойства электронной лампы – этого гибкого, универсального и точного прибора – далеко еще не полностью использованы в эмиритоне.

Ведь было время, когда и автомобиль «учился ходить», а самолет «учился летать». Так и электромузыкальные инструменты. Они еще только «учатся петь». Пройдут годы, будут созданы новые конструкции, и тогда электромузыкальные инструменты займут место в оркестрах рядом с обычными струнными и духовыми инструментами.

Глава седьмая. Электрон открывает невидимый мир

Третий потомок разрядной трубки

Световые явления, возникающие в разрядной трубке, привлекали ученых прошлого столетия своей красотой, разнообразием и загадочностью. Во второй половине XIX века не было ни одной физической лаборатории, которая не обзавелась бы набором разрядных трубок. Физики на разные лады повторяли опыты Петрова и Фарадея, но никто из них не мог найти разрядной трубке практического применения.

Разрядная трубка, давшая начало двум могущественным электронным приборам – рентгеновскому аппарату и электронной лампе, – сама долго оставалась неусовершенствованной.

В 1907 году два русских ученых Б. Л. Розинг и Л. И. Мандельштам обратили внимание на одну особенность разрядной трубки, которая до тех пор оставалась неиспользованной. При достаточно сильном разрежении воздуха в трубке электронный поток устремляется от катода перпендикулярно к его поверхности и не зависит от положения анода. Анод в такой трубке может помещаться не напротив катода, а где-либо сбоку, как в некоторых типах рентгеновских трубок.

В том месте, где электронный поток падает на стенку трубки, возникает зеленоватое свечение. Если внутреннюю поверхность трубки в этом месте покрыть каким-либо веществом, которое может светиться под ударами электронов, то это свечение становится особо ярким и удобным для наблюдения.

Электронный луч в катодной трубке отличается необычайной подвижностью и «отзывчивостью» к влиянию магнитных и электрических полей.

Магнитным полем можно заставить электронный поток отклоняться в сторону, изгибаться дугой, сжиматься в струнку, завиваться штопором. Чувствительность электронного луча исключительно велика: на каждое изменение электрического или магнитного поля он отзывается мгновенно. Наше слово «мгновенно» в данном случае, пожалуй, даже непригодно.

Длительность мига, то есть «мгновения ока», составляет примерно 40 тысячных долей секунды. Только для того, чтобы открыть глаз, требуется около 25 тысячных секунды, – миг вовсе не так короток, как нам это кажется!

Наиболее быстрое движение, какое удается наблюдать в живой природе, это колебание комариного крыла. Комар делает до 500 взмахов в секунду! Две тысячных доли секунды на каждый взмах! Но даже комариное крыло не может соперничать с электронным лучом. Он отзывается на внешнее воздействие даже не в тысячные, а в миллиардные доли секунды.

Это свойство электронного луча объясняется малой массой электрона – его малой инерционностью.

Струйки голубоватого дыма, которые вьются над горящей папиросой, состоят из мельчайших частиц углерода. Величина этих частиц определяется долями микрона. Одна такая «дыминка» весит примерно 1,5∙10^-15 грамма. Однако, несмотря на столь ничтожную величину «дыминки», в ней содержится 500 миллионов атомов углерода. Настолько малы атомы! Электроны же еще меньше. Электрон в 22 тысячи раз легче атома углерода.

Понятно, что частицу столь ничтожной массы очень легко заставить изменить направление своего движения. При малой массе электронам свойственна столь же малая инерция. Вот почему электронный луч в разрядной трубке так чувствителен.

Русские ученые Б. Л. Розинг и Л. И. Мандельштам начали совершенствовать катодную трубку и приспосабливать ее для регистрации самых быстрых, самых кратковременных явлений, как например образование электрических искр. Эти работы продолжил Д. А. Рожанский.

Б. Л. Розинг, мечтая изобрести прибор для передачи изображений по проводам, старался приспособить катодную трубку для этого своего изобретения. Л. И. Мандельштам и Д. А. Рожанский, понимая, что необычайная чувствительность электронного луча окажется незаменимой при различных исследованиях, трудились, чтобы найти практическое применение катодной трубке. А для этого было необходимо научиться управлять электронным лучом и заставить его «рисовать» или «писать».

Такой способ они нашли, и катодная трубка превратилась в электроннолучевую трубку, которая послужила родоначальницей новой обширной семьи электронных приборов: электроннолучевого осциллоскопа, кинескопа, иконоскопа, электронного микроскопа и многих других замечательных приборов.

Электронная пушка

Современная электроннолучевая трубка имеет форму колбы с длинным горлом и широким, слегка выпуклым, дном. Дно трубки покрыто люминофором, то есть веществом, способным светиться под действием электронного луча. Обычно для этой цели применяют кремнистые цинк или кадмий. Дно трубки служит экраном, на котором исследователь наблюдает светящийся след электронного пучка.

Для получения мощного электронного луча и фокусировки его, то есть для образования на экране маленького ярко светящегося пятнышка служит электронная пушка, которая помещена в узкой части колбы против экрана (рис. 70).

Рис. 70. Схематическое изображение электроннолучевой трубки.

Катод электронной пушки выполнен в виде металлического стаканчика, обращенного дном к экрану. Изнутри стаканчик подогревается миниатюрной электрической печкой, а снаружи на его дно нанесено немного состава, легко испускающего электроны при нагревании, – он-то и служит источником электронов.

Анод делают обычно в виде двух цилиндров, по оси которых проходит пучок электронных лучей. На цилиндры подают такие напряжения, что образуемое ими электрическое поле приобретает свойство линзы, оно собирает их в одну точку на экране.

Электроны, вылетающие из катода во все стороны расходящимся пучком лучей, проходя сквозь цилиндры анода, не только ускоряются, но и изменяют свой путь. Расходящийся пучок лучей становится сходящимся и дает яркую и маленькую звездочку на экране. Электронная линза фокусирует поток электронов так же, как стеклянная линза – световой поток (рис. 71).

Рис. 71. Схематическое изображение электронной пушки: К – катод, С – управляющий электрод, А1 и А2 – аноды, Б – стенка трубки.

Между катодом и анодом помещается еще один, также цилиндрический, электрод. Он называется управляющим электродом и играет такую же роль, как сетка в электрической лампе. Подавая на него то или иное положительное или отрицательное напряжение, можно регулировать число электронов, проходящих к аноду и, следовательно, изменять Яркость пятнышка на экране. Достаточно большое отрицательное напряжение на управляющем электроде вообще прекращает доступ электронов к экрану, то есть «запирает» электронный луч.

Луч начинает рисовать

Чтобы электронный луч приобрел «дар рисования», трубку снабдили дополнительным устройством, которое заставило луч бегать по экрану и чертить на нем линии, фигуры, знаки.

Такое «рисующее» устройство располагается сразу же за анодами. Оно состоит из двух пар металлических пластинок. Первая пара пластинок поставлена вертикально, следующая за ней – горизонтально.

От каждой пластинки сделан вывод наружу (рис. 70).

Если к вертикальным пластинкам присоединить провода от какого-либо источника тока, то одна пластинка получит положительный заряд, другая – отрицательный, а электронный луч изогнется и отклонится в сторону положительной пластины. Светящаяся точка переместится от одного края экрана к другому, но, как только напряжение снимут, светящаяся точка вновь вернется на прежнее место.

Заряды, подведенные к вертикальным пластинам, заставляют точку двигаться вправо и влево.

Разумеется, незачем включать ток вручную. Это с большим успехом сделает специальная радиолампа, называемая тиратроном, соединенная с конденсатором. Она автоматически очень точно включает и выключает ток, причем подача напряжения на вертикальные пластины происходит в таком порядке: сначала конденсатор постепенно заряжается, и напряжение плавно нарастает; электронный луч, а вместе с ним и светящаяся точка на экране, так же плавно бегут слева направо. Потом конденсатор, а вместе с ним и пластины разом разряжаются, и точка прыгает назад. Затем все начинается сначала – плавное движение в одну сторону и стремительный скачок в обратную.

Частотой перескоков светящейся точки вправо и влево можно управлять по желанию. При быстрой смене зарядов, благодаря инерции зрения и остаточного свечения люминофора, на экране получается светящаяся прямая горизонтальная линия определенной длины.

Разумеется, рассматривать ровную горизонтальную линию – занятое бесполезное. Поэтому действия только одних вертикальных пластин мало.

Надо дать работу и горизонтальным пластинам и заставить электронный луч двигаться вверх и вниз. Присоединим к ним провода от городской осветительной сети, в которой течет переменный ток. Следуя колебаниям напряжения переменного тока, положительные и отрицательные заряды на горизонтальных пластинах станут сменять друг друга 100 раз в секунду.

Электронный луч, повинуясь влиянию зарядов на горизонтальных пластинах, начнет колебаться и двигаться вверх и вниз, а не только вправо и влево.

Дружные одновременные усилия зарядов на обеих парах пластин заставят электронный луч рисовать на экране плавную кривую линию, показывающую, как происходят изменения силы переменного тока с течением времени (рис. 72).

Рис. 72. Кривая изображающая колебание напряжения переменного тока.

Мы увидим на экране трубки чертеж или график колебаний осветительного тока, нарисованный самим же током. Чертеж представляет кривую линию, называемую синусоидой.

Прибор, показывающий колебания

Если имеется какой-нибудь другой источник еще неизвестных для нас электрических колебаний, то достаточно подключить провода от этого источника к горизонтальным пластинам электроннолучевой трубки, и электронный луч нарисует зубчатую, пилообразную или волнистую линию, которая наглядно покажет, с каким видом колебаний мы имеем дело. Такая трубка, оснащенная вспомогательными приборами, называется электроннолучевым осциллоскопом или осциллографом. Слово осциллоскоп означает «показывающий колебания», а осциллограф – «записывающий колебания».

Все лаборатории и научно-исследовательские институты, в которых изучают быстрые колебательные процессы, обязательно оснащаются электроннолучевыми осциллоскопами. Так, например, эти приборы применяют в научно-исследовательском институте имени И. П. Павлова (в Колтушах под Ленинградом) для записи очень быстрых электрических колебаний, какие возникают во время работы головного мозга или сердца.

Лаборатория, в которой изучают электрические колебания мозга животных, состоит из двух смежных комнат. В одной из них помещается подопытное животное – кошка или кролик. В этой комнате почти нет никакой мебели, кроме станка, в котором закреплено животное во время опыта.

Стены комнаты под штукатуркой обиты металлической сеткой, окна тоже затянуты частой медной сеткой. Это – экран, он необходим, чтобы защитить животное и приборы от радиоволн и прочих электрических колебаний, которые могут помешать наблюдениям.

Во второй комнате установлен электроннолучевой осциллоскоп, и во время опыта там находятся исследователи.

Кошке, предназначенной для опытов, предварительно делают операцию: в мозг вводят тончайшие металлические проволочки – электроды. Деятельность мозга изучают обычно с помощью шестилучевого осциллоскопа, и в мозг вводят шесть электродов – по числу лучей. Их располагают в различных областях мозга – возле зрительных, слуховых, двигательных и других центров, или же размещают на равных расстояниях по прямой линии.

Подготовленное таким образом животное закрепляют в станке, а к электродам присоединяют провода от управляющих пластинок осциллоскопа. Затем кошку оставляют в полном одиночестве и начинают опыт.

Исследователь нажимает ту или иную кнопку. В изолированной комнате возле кошки вспыхивают и гаснут белые и синие электрические лампочки, щелкают шумовые приборы, кошку заставляют испытывать легкие уколы электрического тока.

Световые и звуковые сигналы действуют на зрение и слух животного. Под влиянием сигналов в различных участках мозга возникают электрические токи. Мощные усилители воспринимают эти токи и передают их на управляющие пластинки осциллоскопа, – каждый из шести лучей прибора начинает чертить на экране линию, отображающую характер колебаний, возникающих в различных местах мозга.

Киносъемочный аппарат, поставленный напротив экрана осциллоскопа, фотографирует зигзаги, вычерчиваемые лучами. Пленку проявляют и изучают, какие токи и в каких участках мозга возникали, когда вспыхивали лампочки, когда щелкал метроном или пищал зуммер.

Осциллограммы сличают между собой. Ученые устанавливают связь между причиной и следствиями, между сигналами и электрическими колебаниями в различных участках мозга; раскрывают законы деятельности мозга и нервной системы животных.

Работа человеческого организма может быть исследована с помощью новых электронных приборов.

В поликлиниках и больницах с успехом применяют электронные приборы для записи электрических токов сердца – электрокардиографа и электрических импульсов мозга – энцефалографа. Приборы помогают исследовать больной орган и уверенней его лечить.

Мир невидимых существ

В конце прошлого столетия на табачных плантациях Бессарабии и Украины распространилась заразная болезнь растений. На листьях табака появились белые, буро-желтые и ярко-зеленые пятнышки различной формы. Они испещряли листья причудливыми узорами, отчего эта болезнь получила название «мозаики». Листья, пораженные мозаичными пятнами, изъязвлялись. Растение увядало и гнило на корню, а соседние растения заражались и также погибали.

Загадочное заболевание табака охватывало одну плантацию за другой. Погибал урожай.

Молодой русский ученый-ботаник Д. И. Ивановский отправился на юг, чтобы изучить новую болезнь и постараться найти средство борьбы с ней.

Табачная мозаика была явно заразной болезнью, она быстро переходила от одного растения на другое, и вполне естественно, что Ивановский предполагал найти возбудителя заболевания в виде каких– либо микроорганизмов – бактерий или грибков.

Ученый исследовал соки и ткани заболевших растений, но не нашел даже следов болезнетворных бактерий.

Тогда ученый предположил, что вредоносные микроорганизмы только временные гости на табаке. Они. появляются, гнездятся на листьях, отравляют растение выделяемыми ими ядами – токсинами и перекочевывают дальше. Оставленный же ими яд разъедает растение.

Ивановский принялся искать яд табачной мозаики. Он сорвал лист больного растения, растер его в кашицу, кашицу развел водой, а полученный раствор профильтровал сквозь тончайший фарфоровый фильтр, имеющий столь маленькие поры, что ни одна бактерия сквозь них пройти не могла. Тщательно профильтрованную жидкость Ивановский впрыснул совершенно здоровому растению. И оно заболело.

Результат первого опыта как-будто убедил ученого, что причиной заболевания является именно яд. Профильтрованная жидкость была прозрачна, бесцветна и при наблюдении в микроскоп в ней не было видно ничего постороннего. Но Ивановский был человеком пытливого, ясного ума и он продолжил опыт, то есть сорвал лист с того растения, которое сам заразил, растер его в кашицу, развел водой и тщательно профильтровал сквозь мелкопористый фильтр. Полученную жидкость впрыснул здоровому растению. И это растение заболело.

«Странный яд! – размышлял Ивановский. – Был взят ядовитый сок только одного листа. Его развели водой. Разбавленным и, значит, ослабленным ядом вызвали заболевание другого растения. У этого растения тоже взяли сок одного листа. Опять развели его водой, значит, еще больше ослабили ядовитость, но растение все-таки заболело…»

Ивановский сорвал лист второго зараженного им растения, растер его, сок развел водой, профильтровал и вспрыснул третьему, совершенно здоровому растению. И оно немедленно заболело. Сколько бы раз упорный исследователь ни повторял этот опыт, растения заболевали. Сколько бы раз ни разбавляли яд водой и соком подопытного растения, – яд ни на йоту не терял болезнетворной силы.

Любое ядовитое вещество, если его разбавлять водой, в конце-концов потеряет ядовитость, а токсин табачной мозаики не ослабевал, он, наоборот, усиливался. Значит, причина табачной мозаики – не яд. Это, по всей вероятности, микроорганизмы, подобные бактериям, но настолько маленькие, что они невидимы в микроскоп и свободно проскальзывают сквозь отверстия самого мелкопористого фарфорового фильтра. Попадая в новое растение, они размножаются в нем и поэтому действие заразного начала не ослабевает.

14 февраля 1892 года Ивановский сделал в Академии наук доклад о своем открытии.

Микробы-невидимки были названы вирусами. Ивановский по праву считается основателем новой отрасли науки – вирусологии.

Многие ученые продолжали исследования Ивановского и доказали, что не только заболевания растений, но и многие болезни людей – корь, грипп, оспа, свинка, энцефалит, водобоязнь, ящур – вызываются именно вирусами.