Борьба за скорость

Они невидимы, но дают знать о себе. Бомбардируя экран, покрытый слоем сернистого цинка, они заставляют его светиться. На светлом фоне экрана со слоем хлористого калия под ударами электронов появляются темные пятна.

Впрочем, так будет при одном условии: если электроны полетят в пустоте. В плотном воздухе или газе им не удастся добраться до экрана — движению помешают встречные газовые частички. И потому раскаленный металл — источник электронов — помещают в баллон, из которого выкачан воздух. Если в баллоне еще остается разреженный газ, то электронная лавина бомбардирует атомы газа.

Бомбардировка эта производит переполох в атомном мире. В него-ворвалась заряженная частица — быстро летящий электрон. Конечно, попасть в ядро такому электрону невозможно, его энергии недостаточно, чтобы прорваться к сердцу атома. Но тем не менее, в атоме происходят крупные события.

Влетевший электрон принес энергию. Это не может не отразиться на состоянии атома. Он возмущен вмешательством. Ведь там, в атомном мире, существует строгий порядок. По вполне определенным путям — орбитам — и только по ним разрешается двигаться вокруг ядра его спутникам-электронам. Однако они могут перескакивать с одной орбиты на другую. Энергия, принесенная извне, и помогает им это сделать.

Но даром такой прыжок для атома не проходит, ибо каждый электрон обладает совершенно определенной энергией, своей для каждой орбиты. И прыжок электрона на другую орбиту сопровождается изменением его энергии: излишек ее должен уйти. Он и уходит в виде излучения, света. Потрясенный, как говорят физики, возбужденный, атом испускает свет. Он стремится вернуться к прежней, «спокойной» жизни. Свечение атома сигнализирует нам об этих потрясениях.

Вот, кстати, почему светится раскаленный газ. Его атомы быстро двигаются, сталкиваясь между собою, их энергия увеличивается и становится достаточной, чтобы при столкновении происходили перескоки электронов с орбиты на орбиту. Попав на другую орбиту, электрон тотчас же стремится перейти на орбиту, ему разрешенную, избавившись от излишка энергии, которую он получил. Излучается порция световой; энергии — квант, излучается свет, характерный для атома данного газа. Все это происходит, разумеется, в невообразимо малые доли секунды.

И электрический ток, поток электронов в разреженном газе, также возбуждает его атомы.

Под ударами электронов газ начинает светиться. Красным, зеленым, синим цветом светятся надписи реклам. Белый свет, напоминающий солнечный, дают «лампы дневного света».

В электронных приборах удается сейчас достигнуть разрежения в тысячемиллиардную долю атмосферы! Такая пустота господствует далеко за пределами атмосферы, в межпланетном пространстве.

Она нужна в электронном приборе для того, чтобы расчистить дорогу электронам. Ведь и при давлении в миллион раз меньше атмосферного каждый кубический сантиметр пространства содержит еще около 10 тысяч миллиардов молекул воздуха.

Только в почти идеальной пустоте, при очень глубоком вакууме свободным электронам открыта свободная дорога.

Но источник электронов (его называют катодом) и глубокий вакуум еще далеко не все, что нужно для создания электронного прибора.

Потоком электронов необходимо еще управлять, ускорять его движение, изменять направление. Как же это сделать? Как повелевать частичками, которые в сотни тысяч раз меньше атома?

Здесь приходит на помощь сама природа этих частичек, мельчайших зарядов отрицательного электричества. Разноименные заряды притягиваются, а одноименные — отталкиваются. Значит, электричеством можно управлять — электричеством же.

Поставив на пути электронного потока положительно заряженный электрод (его называют анодом), мы заставим электроны двигаться быстрее, потому что анод будет их притягивать. Невообразимо мал и легок электрон. Потому и можно разогнать его электрической силой до чудовищных скоростей в десятки тысяч километров в секунду.

Инженер Г. Прудковский приводит следующий интересный пример. Чтобы переместить грамм массы детали какой-нибудь машины на один миллиметр в течение одной миллионной доли секунды, нужно усилие в 200 тонн. Для сравнения: при выстреле из артиллерийского орудия пороховые газы давят на снаряд с силой всего около 10 килограммов на каждый грамм его веса.

Напряжение в один вольт действует на ничтожно малый электрон с ничтожной силой. В пересчете же на грамм массы эта сила составляет около 2 миллионов тонн! Расстояние в один сантиметр между катодом и анодом электрон пролетает за 4 стомиллионных доли секунды. Его скорость — 600 километров в секунду. Увеличивая напряжение между катодом и анодом, можно электрон заставить двигаться еще быстрее. Так, при напряжении в 1 000 вольт скорость достигнет 18 тысяч километров в секунду. Тогда полет электрона займет всего одну миллиардную долю секунды.

Электроны в наших приборах соперничают в скорости со светом.