Беседы о физике и технике

Начиная с 1897 г. стало ясно, что необходимо задуматься о структуре атома в целом, ибо открытие Зееманом частиц, обнаруженных в катодных лучах, еще не означало, что атом состоит только из таких частиц. Атом уже не мог больше рассматриваться как мельчайшая и самая фундаментальная частица.

Герц (1887) и Томсон (1897) экспериментально установили, что ультрафиолетовое излучение вызывает эмиссию отрицательно заряженных частиц из некоторых металлов (рис. 25).

Рис. 25.Принцип работы фотоэлемента

Измерения показали, что эти частицы по своим параметрам близки к частицам катодного излучения, т. е. в процессе эмиссии были обнаружены частицы, которые можно было отождествлять с катодным излучением. В те же годы Томсон определил массу отрицательно заряженных частиц, испускаемых нагретым до температуры плавления металлом, и значение отношения е/m обнаруженных частиц. Полученное отношение удовлетворительно согласуется со значением этого отношения для частиц катодных лучей.

Таким образом, изучение природы электрических явлений уже к 1890 г. дало возможность накопить много убедительных фактов, позволяющих утверждать, что электрон является составной частью атома. Теперь усилия физиков были направлены на изучение свойств электрона, ставились эксперименты и развивались теории, которые помогли бы осмыслить роль этой частицы в многочисленных химических и физических явлениях.

КАК ПОВЛИЯЛО ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРОНА НА ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ?

Открытие электрона и логически связанные с ним открытия рентгеновского излучения и явления радиоактивности выявили новые возможности для экспериментальных исследований. Когда была усовершенствована техника эксперимента и увеличена точность наблюдений, стало ясно, что классические теории физики, например теория электромагнитных полей Максвелла, не способны объяснять поведение очень малых частиц. «Электрон так же неисчерпаем, как атом», — сказал В. И. Ленин в самом начале нашего века. И все дальнейшее развитие физики подтвердило мудрость ленинских слов. Но это стало возможным благодаря развитию современной теоретической физики.

В целом полученные теоретические и экспериментальные данные, достигнутые на основе квантовой механики, дали возможность ответить на следующие вопросы:

1) каким образом атомы поглощают или испускают излучение?

2) каковы свойства проводников, изоляторов и полупроводников?

3) какие существуют способы соединения различных атомов в молекулы? и т. д.

НУ, И КОНЕЧНО, НУЖНО ОБЯЗАТЕЛЬНО СКАЗАТЬ, ЧТО ДАЛО ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРОНА ПРАКТИКЕ!

Следствием открытия волновой природы электронов стало изобретение Руденбергом в 1930 г. электронного микроскопа (рис. 26).

Рис. 26.Общий вид электронного микроскопа УЭМ-100

За годы, прошедшие со дня изобретения, электронный микроскоп стал незаменимым исследовательским прибором в медицине, в промышленности и в исследовательской работе.

Электрон используют в качестве «трудолюбивой рабочей лошади» в самых различных сферах. Построены различного рода установки, позволяющие ускорять электроны до энергии в несколько миллиардов электрон-вольт и с их помощью исследовать структуру вещества. Чтобы почувствовать масштаб этих цифр, достаточно вспомнить, что электроны в атомах, участвующие в процессах поглощения и испускания видимого света, а также в процессах химических взаимодействий между атомами, имеют энергии порядка нескольких электрон-вольт. В радиолампах электроны (рис. 27) достигают энергий нескольких сотен электрон-вольт.

Рис. 27. Трехэлектродная лампа (а) с нитью накала H, сеткой С, анодом А и изображения триода на радиосхемах (б)

В катодно-лучевых или телевизионных трубках (рис. 28) энергия электронов равна примерно десяти тысячам электрон-вольт, а в некоторых современных рентгеновских установках она доходит до миллиона электрон-вольт. Современные ускорители позволяют получить энергию в тысячи и десятки тысяч раз больше, чем миллионы электрон-вольт (рис. 29).

С помощью полученных на ускорителях сверхбыстрых электронов можно изучать структуру протонов, нейтронов и других частиц.

Рис. 28.Схематическое изображение электронно-лучевой трубки

Рис. 29.Линейный ускоритель ионов до энергии 10 МэВ (Харьков)

ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА — ТЕМА ОСОБОГО РАЗГОВОРА…

Электронные лампы, или радиолампы — одни из наиболее широко применяемых электронных приборов. Одна из самых простых ламп имеет три электрода: катод, испускающий электроны, анод, который их улавливает, и сетку, которая находится между катодом и анодом и управляет электронами (см. рис. 27).