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.

РАЗГАДКА «ЭФФЕКТА ЭДИСОНА»

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».

«ПЕРВЫЕ ШАГИ» ЛАМПЫ

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.