Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина

Сворень Рудольф Анатольевич

Много тысячелетий живет человек на нашей планете. Сталкиваясь в своей практической деятельности с окружающим миром, он твердо усвоил такие понятия, как вещество, движение, объем, вес, температура и другие. Зрение, обоняние, слух, осязание — этот могучий арсенал, полученный от природы, — позволили человеку воспринимать мир в бесконечном многообразии вещей и явлений.

Однако уже первые философы и ученые убедились в том, что картина мира, нарисованная в сознании человека, является далеко не полной, что наши органы чувств не дают возможности непосредственно воспринять многие свойства вещества и целый ряд физических явлений.

…Натертая шерстью палочка янтаря притягивает мелкие лоскутки шелка. Под действием собственного

веса эти лоскутки должны были бы падать вниз, но какая-то «особая» сила, исходящая из натертой палочки, удерживает их. Этот простейший опыт заставил человека обратить внимание на одно из недоступных непосредственному восприятию явлении природы, которое было названо электричеством. Такое название происходит от греческого слова «электрон», что означает «янтарь». О натертой палочке янтаря и о других предметах, у которых проявляются электрические свойства, говорят, что они обладают электрическим зарядом (рис. 1) [1] .

1

В книге используются три вида иллюстраций: рисунки, чертежи и справочные листы. Каждой вид иллюстраций имеет свою нумерацию.

Рис. 1. Натертая о шерсть гребенка приобретает особые свойства, которые называются электрическим зарядом.

Стрелка компаса еще несколько тысячелетий тому назад познакомила людей с другим новым для них явлением — магнетизмом (рис. 2).

Рис. 2. Простейшие опыты с обычным компасом знакомят нас с другим особым свойством вещества — магнетизмом.

Слова «магнетизм», «магнит» происходят от названия находящегося в Малой Азии города Магнезия, вблизи которого имелись залежи железной руды, обладающей магнитными свойствами.

Электрический заряд и магнетизм — это совершенно особые свойства вещества, которые существуют наряду с такими хорошо известными нам свойствами, как вес и объем. Уже совсем недавно при изучении атома было открыто еще одно принципиально новое явление — были обнаружены так называемые внутриядерные силы, которые по своей природе не похожи ни на силу тяжести, ни на электрические, ни на магнитные силы.

Нет никакого сомнения в том, что принципиально новые качества вещества, новые, недоступные непосредственному восприятию формы существования материи будут обнаруживаться нами и в дальнейшем по мере все более углубленного знакомства с природой. И при этом нам всякий раз придете я дополнять наше представление об окружающем мире новыми понятиями, взятыми из опытов или из проверенных практикой теоретических исследований. Конечно, очень трудно вносить поправки во взгляды, которые складываются годами, но другого пути нет! Каждый, кто стремится проникнуть в тайны природы, всякий, кто стремится освоить огромные достижения современной физики, должен прежде всего приучить себя к мысли о том, что мир намного сложнее и богаче, чем это кажется с первого взгляда.

Уже простейшие опыты говорят о том, что электричество может служить человеку. Если наэлектризованная палочка притягивает клочки шелка или бумаги, то почему нельзя повторить этот опыт в больших масштабах: например, заставить большие наэлектризованные предметы двигать грузы или приводить в движение тяжелые прессы и молоты?

Конечно, все это возможно, но в использовании электрической энергии техника пошла совсем по другому пути: в качестве «работающих элементов» были выбраны самые маленькие заряженные частицы и в первую очередь электроны. Такие частицы, обладающие электрическими свойствами, для краткости называют просто электрическими зарядами.

ВЕЛИКАЯ АРМИЯ ЭЛЕКТРОНОВ

Если мы начнем дробить на мелкие кусочки какое-либо вещество, например сахар, то в итоге получим самый микроскопический кусочек этого вещества, называемый молекулой. Молекулу сахара, впрочем, как и любую другую, тоже можно разделить на составные части, но это уже будет не сахар. Для того чтобы сказанное стало несколько понятнее, представьте себя, что вам нужно город разделить на районы. Самый маленький район, который вы сможете получить, будет один дом — «молекула» большого города. Можно, конечно, и дом разобрать на составные части: кирпичи, балки, бетонные плиты, листы кровельного железа, оконные рамы, двери. Но ведь никто не подумает сказать, что какая-нибудь из этих деталей представляет собой район города.

Подобно тому как дом состоит из отдельных деталей, молекула любого вещества образуется из еще более мелких частиц — атомов. В настоящее время известно около ста основных типов атомов, различные сочетания которых дают все многообразие окружающих нас веществ: воду и воздух, бумагу и нефть, зеленый лист дерева и кипящую сталь. Точно так же из нескольких основных строительных материалов создаются самые различные здания: заводы, гаражи, школы, больницы, небоскребы и одноэтажные коттеджи.

Только не подумайте, что можно руками или каким-нибудь инструментом разделить вещество на отдельные молекулы и тем более на атомы. Частицы эти настолько малы, что их не только нельзя взять в руки, но даже нельзя рассмотреть с помощью самых совершенных оптических приборов. О размерах молекулы дают представление такие цифры: в одной капле воды содержится около 1 500 000 000 000 000 000 000 молекул, каждая из которых во столько же раз меньше самой капли, во сколько раз эта капля меньше Черного моря. Что же касается атомов, то они во много раз меньше молекул.

Рис. 3. Каждый, кто стремится проникнуть в тайны природы, кто хочет освоить замечательные достижения современной физики…

Рис. 4. … должен прежде всего приучить себя к мысли о том, что мир намного сложнее, чем это кажется с первого взгляда.

Слово «атом» означает «неделимый». Это название утвердилось тогда, когда считали, что атом уже невозможно разделить на составные части. Но жизнь, как всегда, внесла свои поправки.

В начале этого столетия было установлено, что сам «неделимый» атом также является сложной системой: в центре его находится так называемое ядро, которое, в свою очередь, состоит из множества различных частиц. Вокруг атомного ядра с огромными скоростями вращаются мельчайшие частицы — электроны.

Количество электронов в атоме может быть различным: в самом простом атоме — атоме водорода — вокруг ядра вращается один электрон, в атоме алюминия их уже 13, а в атоме элемента менделеевий, в одном из самых сложных атомов — 101 электрон (лист 3).