Волшебная лампа - Костыков Юрий Васильевич - Страница 4

Если поверхность металла покрыть торием, цезием, — окисью бария или стронция, то электроны значительно легче преодолевают поверхностный слой металла.

Итак, с помощью одного из этих способов электрон покинул металл и вырвался на свободу, то есть в пустоту, окруженную стеклянной оболочкой. Из лампы стараются Как можно тщательнее удалить воздух, но создать в ней абсолютный вакуум, то есть пустоту, все же не представляется возможным. Какая-то малая часть воздуха в лампе остается. Хорошим вакуумом считается, если из лампы удалят 999 999 999/1 000 000 000 частей воздуха и в ней останется только одна миллиардная часть его. Однако оказывается, что в каждом кубическом сантиметре такой пустоты все еще осталось по 25 миллиардов молекул воздуха, в 12 с половиной раз больше, чем людей на земном шаре. Какая ж это свобода для электрона? Ведь ему как будто бы и двинуться некуда при таком «перенаселении». Но это не так. Ведь молекулы имеют крошечные размеры. Если бы все предметы увеличить в миллион раз, то чайное блюдечко представлялось бы озером диаметром в 140 километров, рост людей составлял бы 1 700 километров, один шаг такого человека равнялся бы расстоянию от Ленинграда до Москвы, а молекула выросла бы до величины макового зернышка диаметром меньше 1 миллиметра.

Для такой молекулы, даже при нормальном атмосферном давлении, свободы достаточно, так Как между отдельными молекулами остается свободное пространство, в 150 раз превосходящее их диаметр. А при вакууме, какой мы можем создать в баллоне лампы, свободное пространство увеличивается в десятки тысяч раз, и опасность столкновения молекул друг с другом почти исключена. Электрон же в миллион раз меньше молекулы. Поэтому возможность столкновения электронов с молекулами воздуха внутри лампы еще меньше, чем молекул между собой. Значит, мы вправе сказать, что электрон, вырвавшись из металла, действительно оказывается на свободе.

Вот теперь, зная, что такое электроны и каково их поведение в различных условиях, мы можем понять и уяснить себе то, чего не мог в свое время понять Эдисон.

В чем же была тайна эдисоновского опыта?

Когда Эдисон поместил в баллон лампы металлическую пластинку и присоединил ее к плюсу батареи, нагревавшей нить, то этим самым он подал на нее некоторое положительное напряжение, и вылетающие электроны стали притягиваться к пластинке — в цепи пластинки потек ток. Когда же Эдисон включил в цепь пластинки еще добавочную батарею, усилившийся положительный заряд начал сильнее притягивать электроны, число их увеличивалось — ток становился сильнее. А как только добавочная батарея перевертывалась, то есть на пластинку подавался не положительный, а отрицательный заряд, то электроны от нее начинали отталкиваться и ток через измерительный прибор не шел.

Вот в чем заключался секрет «эдисоновского эффекта».

Впервые «эффект Эдисона» был практически использован в 1904 году английским ученым Флемингом. Для приема сигналов беспроволочного телеграфа ему необходим был детектор — прибор с односторонним пропусканием электрического тока. А так как «эффектная» лампа, которую построил Эдисон, пропускала ток только в одном направлении, то Флеминг и приспособил ее для своего аппарата.

По аналогии с клапанами, пропускающими жидкость или газы только в одном направлении, Флеминг назвал свой прибор электрическим вентилем, или клапаном.

^{Клапан Флеминга.}

Подобное устройство не устарело и поныне. Многие современные лампы, в сущности, ничем не отличаются от устройства Эдисона или клапанов Флеминга. Изменились только названия, а принцип остался прежний.

Нить, излучающую электроны, теперь называют катодом. Пластинку, притягивающую электроны, — анодом. Лампу с катодом и анодом, то есть с двумя электродами, называют двухэлектродной лампой, или, сокращенно, диодом. Основное применение двухэлектродной лампы — это превращение переменного электрического тока в постоянный, или, как говорят, выпрямление переменного тока. Такая выпрямительная лампа имеет еще специальное название — кенотрон. Кроме выпрямления переменного тока, двухэлектродная лампа используется еще для детектирования радиосигналов, как это сделал Флеминг, то есть, в сущности, тоже для выпрямления переменного тока, только высокой частоты.

Два года спустя американский ученый Ли де-Форест поместил между катодом и анодом новый электрод в виде решетки или сетки. Третий электрод так сейчас и называется — сетка, а лампа с тремя электродами — трехэлектродной лампой, или триодом.

С другими электродами сетка внутри лампы не соединяется, а провод от нее выводится из колбы наружу. Если этот сеточный вывод соединить с катодом, то сетка будет иметь такой же заряд, что и катод, и почти совершенно не будет влиять на поток электронов, летящих к аноду. Основная их масса свободно проскочит через отверстия в сетке, так как соотношение размеров электронов с отверстиями в сетке примерно такое же, как размеры человека с расстояниями между небесными телами.

Но если между выводом сетки и катода включить батарею, то сетка зарядится, в зависимости от направления включения батареи, положительно или отрицательно. Получив заряд того или иного знака, сетка уже энергично будет вмешиваться в происходящие в лампе электронные процессы.

^{Влияние положительно и отрицательно заряженной сетки.}

Введение в двухэлектродную лампу третьего электрода — сетки — наделило электронную лампу замечательной способностью усиливать электрические колебания. Благодаря этому трехэлектродная лампа получила широчайшее распространение. Дальнейшие исследования показали, что трехэлектродная лампа обладает еще одним, исключительно важным свойством — способностью преобразовывать подводимую от батарей мощность постоянного тока в энергию переменного тока желаемой частоты. Электронная лампа стала использоваться в качестве генератора электрических колебаний и быстро вытеснила все другие типы генераторов. Ничто не могло превзойти ее изо простоте, гибкости, экономичности, стабильности и устойчивости работы.

Эти свойства трехэлектродной электронной лампы произвели целую революцию в радиотехнике. Лампа сделала радио «говорящим, поющим и играющим», то есть разрешила проблему радиотелефонии. Она намного подняла чувствительность радиоприемника, увеличила дальность приема и позволила осуществить громкоговорящий прием.

С появлением электронной лампы радио сразу же выдвинулось на первое место среди всех видов связи.

Но в свою очередь потребности радиотехники вызвали бурный прогресс и развитие самой электронной лампы. Вовнутрь лампы стали вводить новые сетки, в результате чего появилась целая серия многоэлектродных ламп.

^{Разрез электронной лампы с двумя сетками.}

В трехэлектродную лампу ввели вторую сетку, и получилась четырехэлектродная лампа — тетрод. Затем появляется лампа с тремя сетками — пентод. Но и на этом ламповая техника не остановилась. Лаборатории продолжают усиленно работать над дальнейшим развитием лампы: появились лампы с четырьмя сетками — гексод, с пятью сетками — пентагрид — и даже с шестью — октод.

^{Различные типы электронных ламп: диод, триод, тетрод, пентод, гексод, пентагрид и октод.}

Введение в лампу нескольких сеток хотя и усложняет конструкцию лампы и увеличивает ее стоимость, но зато оно в значительной степени повышает ее качества. Преимущества новых ламп были так велики, что трехэлектродные лампы были вытеснены не только из приемных и усилительных, но и из генераторных установок.