Занимательная радиотехника

Раздел: Техника

Все имеющиеся в природе вещества — твердые, жидкие и газообразные — состоят из мельчайших, но все же довольно сложных образований — молекул. Количество молекул даже в ничтожных по размеру крупицах веще

ства, столь велико, что цифры, выражающие это количество, уже ничего нам не говорят. Только путем сравнения можно составить известное представление о масштабах этих величин.

Возьмем каплю воды. Капля — это самая малая мера жидкости, которой мы пользуемся в обиходе. Но в капле воды заключено огромнейшее количество молекул. Чтобы как-то представить себе eh), придется перейти от капли к целому морю.

На юге нашей Родины раскинулось прекрасное Черное море. Оно омывает берега четырех государств, громадные пароходы скользят по нему, бескрайны его просторы. Его поверхность равна примерно 400 ООО км2, т. е. почти полумиллиону квадратных километров, а глубина в среднем не менее 750 ж.

Много ли капель в Черном море? Конечно, такой неожиданный вопрос поставит каждого из на-с в тупйк. Не скоро сообразишь, сколько капель, скажем, в стакане воды, а тут огромнейшее море. Однако карацдаш и бумага помогут нам быстро найти нужную цифру. Если мы примем, что объем капли воды равен 15 мм3, то получим, что в Черном море содержится около 2 • 1022 капель.

Нам не столь важна эта цифра сама по себе,-сколь важло -сопоставление капли воды Ш с Черным морем, потому что в од- w ной капле воды примерно столько же молекул, сколько капель в 13 мм3 Черном море.

Этот пример может быть поможет хотя и с трудом, но все же представить себе сколь мала молекула. Но ведь молекулу можно делить. Она состоит из еще более мелких частиц— атомов.

Вот булавочная головка. Мы часто пользуемся ею для сравнения, когда хотим подчеркнуть малые размеры чего- нибудь. Однако в булавочной головке содержится 1019 атомов железа.

С чем можно сравнить это число? От Земли до Солнца 150 млн. км. Переведем километры в миллиметры — получим 1,5 • 1014 мм. Это число грандиозно, но в булавочной головке столько атомов, что на каждом миллиметре расстояния между Землей и Солнцем можно поместить по... полмиллиона атомов железа. Если бы мы захотели поместить их по одному на каждом миллиметре, то такая цепочка атомов растянулась бы на 1013 км. Такой путь свет проделывает в течение года.

Атом железа содержит 26 электронов, поэтому электронов в булавочной головке в 26 раз больше, чем атомов. Цепочка такого количества электронов, расположенных с интервалом 1 мму протянется от Земли в безбрежные дали космического пространства на такое расстояние, какое свет пролетает за 26 лет. Такое расстояние велико даже в космических масштабах. Ведь Землю от ближайшей звезды отделяют «всего» 4 световых года. 26 световых лет — это расстояние, на, котором находится от Земли яркая и красивая звезда Вега из созвездия Лиры.

Вот в какую даль завела нас булавочная головка.

Что же представляет собой электрон и какие цифры характеризуют его физические свойства?

Электрон содержит наименьшее количество электричества. Мы считаем его наименьшим возможным количеством потому, что до сих пор ни разу не приходилось наблюдать меньшего заряда, хотя современная техника эксперимента имеет принципиальную возможность обнаруживать и измерять во много раз меньшие заряды. По новейшим данным заряд элекрона равен 4,8 • 10~10 абсолютных электростатических единиц, или 1,6 • 10"19 кулона. Эта величина представляет для электриков и радистов большой интерес, так как им постоянно приходится иметь дело с электрическими зарядами и электрическим током. Током в один ампер является такой ток, при котором в одну секунду через поперечное сечение проводника протекает один кулон электричества. Легко вычислить, что один кулон равен заряду 6,3- 1018 электронов. Столько электронов протекает в секунду через поперечное сечение проводника при токе в один ампер.

Число это огромно. Если зарядить какое-нибудь тело отрицательным зарядом, равным одному кулону, а потом начать снимать с него электроны по 1 млн. в секунду, то снимать их придется... двести тысяч лет.

Сколько же весит это колоссальное количество электронов?

Остроумные и изумительные по своей тонкости эксперименты позволили физикам не только измерить заряд электрона, но и определить его массу. Она оказалась равной 9,1 • 10~28 г. Эта масса столь мала, что в большинстве случаев ее можно не принимать во' внимание и считать электрон лишенным массы. Но все же она не равна нулю, и, помножив число электронов в кулоне на только что приведенную цифру, мы получим, что один кулон «весит» 5,7- 10~9 г, или 0,0057 микрограмма.

Это ничтожнейшая величина. Кулон нельзя «взвесить» даже на лучших микроаналитических весах, чувствительность которых равна миллионным долям грамма. Кулон «весит» в тысячу раз меньше.

Огромное количество атомов, содержащихся даже в самом незначительном объеме любого вещества, заставляет предположить, что элементарные частицы, из которых оно состоит, плотно спрессованы. Несметные полчища молекул воздуха яростно бьются снаружи о стенки баллона, стремясь прорваться внутрь. Каждый квадратный сантиметр поверхности баллона при комнатной температуре испытывает в секунду 1022 ударов от окружающих лампу молекул воздуха, несущихся со скоростью 1 500 км в час. Однако тонкие стенки баллона успешно противостоят этому сверхураганному обстрелу. Ни малейшей щелки не могут найти в них молекулы воздуха.

Это невольно заставляет думать, что элементарные частицы, из которых состоит вещество, сложены так же плотно, как, скажем, кирпичи в стене.

Посмотрим, как обстоит дело в действительности. Для этого обратимся снова к булавочной головке и прежде всего заметим некоторые нужные нам цифры: поперечник электрона примем равным 10 ~5 ангстремам (1 ангстрем = 10 ~7 мм), поперечник атомного ядра в среднем составляет 10~4 ангстрема, а поперечник атома — около 1—2 ангстремов. Поперечник булавочной головки примем равным 1,3 мм, т. е. 1,3-107 ангстрема, а число атомов в ней, как уже указывалось, 1019.

Увеличим булавочную головку до размеров земного шара. Диаметр земного шара равен в круглых цифрах 13 000 км, т. е. 13- 109 мм. Значит, булавочную головку, имеющую в поперечнике 1,3 мм, надо увеличить в десять миллиардов (1010) раз, чтобы она сравнялась по величине с земным шаром.

Можно привести много примеров, которые наводят нас на эту мысль. Вот перед нами радиолампа. Из ее стеклянного или металлического баллона со всей тщательностью

Какой же-величины достигнет при таком увеличении атом? Поперечник атома примерно равен 1 ангстрему, т. е. 10~10 мм. При увеличении в десять миллиардов раз

его поперечник станет равным одному метру. В результате такого увеличения мы получим метровую модель атома, размер которой нам представить себе нетрудно — это шар окружностью примерно в два обхвата.

Сколь же велики при подобном увеличении будут атомные ядра и электроны?

Поперечник атомного ядра равен- примерно 10~1 ангстрема, или 10"11 мм. При увеличении в 1010 раз ядро атома достигнет величины 0,1 мм. Точка, стоящая в конце этой фразы, имеет в диаметре около 0,5 мм; значит, диаметр атомного ядра будет в 5 раз меньше. Это — толщина волоса.

Удастся ли увидеть ядро в такой метровой модели атома? При хорошем боковом освещении и на соответствующем фоне люди с хорошим зрением смогут различить его. Ведь мы различаем в солнечном луче мельчайшие пылинки, невидимые в обычных условиях.

А каким же станет диаметр электрона? Он будет еще в 10 раз меньше. Толщина паутинной нити может дать представление о поперечнике электрона при увеличении в десять миллиардов раз. Такую «модель» электрона можно увидеть только в лупу.