|
|
К чему же мы пришли? В объеме,
имеющем форму шара с поперечником 1 м, находится едва заметная пылинка,
занимающая положение в центре. Вокруг нее на различных расстояниях по
определенным поверхностям, как бы по невидимым оболочкам, кружатся 26
электронов, различимых только в лупу. Атом по существу пуст. Вещество в виде
ядра и электронов занимает в нем можно привести нашу солнечную систему. Она
фактически имеет блинообразную форму, но приближенно мы можем представить
себе ее в виде шара с поперечником, равным удвоенному расстоянию от Солнца до
отдаленнейшей планеты — Плутона, т. е. шара с поперечником двенадцать
миллиардов километров. В этом огромном объеме Солнце, Земля и все другие
планеты с их спутниками занимают ничтожное место, но все же отношение части
этого объема, занятой веществом, к его пустой части будет в 200 раз больше,
чем у атома.
Атом почти совершенно пуст. А так как основой структуры
всякого вещества является именно атом, то можно без преувеличения сказать,
что все тела состоят главным образом из пустоты. Вещество разбросано в этой
пустоте микроскопическими количествами .
Атомы в веществе тоже не прилегают вплотную друг к другу,
поэтому доля пустого пространства в любом объеме любого вещества еще больше,
нежели внутри его атомов. Если бы вещество удалось спрессовать так, чтобы
ядра его атомов сошлись вплотную, то все предметы невероятно уменьшились бы в
размерах, сохраняя в то же время свой вес. Кубический метр вещества,
спрессованного до такой степени, превратился бы в невидимую пылинку, объемом
в миллионные доли кубического миллиметра. Продолжая сравнение с булавочной
головкой, можно подсчитать, что если весь материал, из которого построен
огромный современный линкор водоизмещением 45 ООО тонн, сжать так, чтобы ядра
его атомов сошлись вплотную, то все его вещество займет объем булавочной
головки. Но эта булавочная головка у нас на земле будет весить сорок пять
тысяч тонн.
Но если вещество по существу представляет собой пустоту,
то почему же оно непроницаемо? Почему же молекулы воздуха, бомбардирующие
снаружи баллон электронной лампы, не могут проникнуть внутрь?
Самый тонкий слой вещества состоит из столь большого числа
атомов, что «посторонние» молекулы не смогут пролететь сквозь него, не
претерпев многократных столкновений с атомами и не израсходовав в результате
этих столкновений всю свою энергию. Пленка металла толщиной 100 атомов уже
непроницаема для газа, а стенка металлического баллона лампы имеет толщину
около 0,5 мм, что соответствует примерно 5 • 1010 атомам. Дело в том, что для
того чтобы претерпеть «столкновение» с атомом, вовсе не нужно «стукнуться» об
его ядро. В пространстве, занимаемом атомом, действуют исключительно мощные
силы, поэтому для элементарных частиц приближение друг к другу на расстояния,
соизмеримые с размерами атома, уже по сути дела представляет собой
столкновение со всеми его последствиями.
По мере уменьшения расстояния между ядрами, имеющими
одноименные заряды, силы отталкивания между ними увеличиваются. Еще до
полного сближения частиц силы отталкивания возрастают настолько, что
приближающаяся частица отбрасывается назад или же путь ее движения
искривляется.
Числа, связанные с электронами, бывают то фантастически
малы, то неимоверно велики. Они настолько отличны от всех привычных нам
масштабов, что мы не воспринимаем их.
Что нам говорит, например, величина массы электрона — 9-
10 ~28 г? Мы не постигаем всю неизмеримую малость этого числа. Чтобы
облегчить себе понимание этого, попробуем подсчитать, сколько надо взять электронов,
чтобы их общая масса составила 1 г.
Сравним это громадное число с другим, тоже чрезвычайно
большим — с числом электронов, образующих ток 1 ампер. Мы знаем, что при токе
1 ампер через поперечное сечение проводника в 1 секунду проходит 1 кулон
электричества, или 6,3 • 1018 электронов.
На сколько первое число (1027) превосходит второе (6,3
-1018)? Надолго ли хватит одного грамма электронов, чтобы поддерживать в цепи
ток, например 0,5 ампера, нужный для работы приемника «Р.о- дина»? Вообразим,
что нам удалось раздобыть бутылочку с одним граммом электронов и что эта
бутылочка снабжена краном, позволяющим выпускать из нее электроны такой
струйкой, какая нам захочется. Сколько же времени сможет наша чудесная
бутылочка питать приемник «Родина»?
Найдем сначала, сколько секунд 1 г электронов сможет поддерживать ток в 1 ампер. Для этого число электронов в грамме разделим на
число электронов в кулоне:
——— 1,6-10® секунд^44000 часов^1 800 суток.
Приемник «Родина» потребляет полампера, следовательно 1 г электронов сможет питать его в течение
1 800 • 2=3 600 суток ^ 10 лет.
Один грамм электронов обеспечит 10 лет непрерывной работы
приемника «Родина»! Таков неожиданный результат нашего подсчета.
Но ведь никто не пользуется приемником непрерывно. Обычно
его включают часа на 4 в день. При таком режиме работы запаса питания в
чудесной бутылочке с 1 г электронов хватит на 60 лет. Можно с полным правом
сказать, что столь удачная покупка обеспечит питание приемника на всю жизнь.
Цифра тоже неожиданно большая, особенно в сопоставлении с
длиной пробега троллейбуса. Делая по 40 км в час, троллейбус за 14 суток покрыл бы расстояние примерно 13 500 км, т. е. проехал бы с запада на восток всю
нашу огромную страну. Две недели мчался бы без остановки троллейбус через
леса, поля, горы, тайгу, мимо городов, заводов, деревень. Двадцать восемь раз
день сменился бы ночью и ночь снова сменилась бы днем, пока, наконец,
троллейбус не достиг бы берегов Тихого Океана. И за все это время, за весь
этот огромный путь через его мотор прошел бы только один грамм электронов.
Вот как велик один грамм электронов!
|