Как мальчик Хюг сам построил радиостанцию

Ролт-Уилер Фрэнсис

Учительница, видя, что ему еще не все ясно, повторила свое объяснение несколько раз, стараясь выражаться как можно проще и понятнее, пока он, наконец, понял. Объяснение было очень просто и доступно для Хюга при всей бедности его познаний, но оно не было вполне правильным. На самом же деле, когда выпрыгнула искра, в лейденской банке случилось то, чего учительница не могла объяснить Хюгу, даже, если бы была старше и образованнее. Истинные причины электрических явлений открыты только очень недавно, и их не легко объяснить в простых выражениях. Самое трудное в этих объяснениях это то, что все время речь идет о чрезвычайно малых величинах. Вот пример: возьмем простую соль. Крупинку соли можно разделить на более мелкие части, пока они не достигнут 1/100000 дюйма в диаметре. Это мельчайшая частица, которую можно видеть в хороший микроскоп. Такая мелкая частица все же остается крупинкой соли. Но можно

итти еще дальше. Если эту мельчайшую частицу растворить в воде, это все еще будет соль в растворе, но даже в самый лучший микроскоп нельзя увидеть ее частиц. Все же должен быть предел, когда частица имеет самую малую величину, оставаясь все-таки солью. Такая бесконечно малая частица называется молекулой соли.

Сама соль, известная в химии, как хлористый натр, есть соединение двух других веществ: мягкого металла натрия и зеленого ядовитого газа хлора. Оба эти вещества называются элементами, так как они не могут быть разложены. Наименьшая частица элемента называется атомом. Атом, конечно, меньше молекулы, так как молекула содержит несколько атомов. Таким образом, атомы натрия и хлора меньше молекулы соли. В одной капле морской воды несколько биллионов таких атомов. Исследование идет еще глубже. Атом состоит из электрических частиц—«электронов», «заряженных положительно и отрицательно» (заряженные положительно иногда называются протонами). Положительные электроны больше отрицательных почти в две тысячи раз; в каждом элементе количество и соотношение положительных и отрицательных электронов различно. Эта разница в соотношении положительных и отрицательных электронов служит причиной разницы веществ. Легкий газ — водород и тяжелый металл ураний оба состоят из электронов, но в различном количестве и соотношении их в каждом атоме, а также с различной структурой. Атом водорода имеет всего два электрона, один положительный, другой отрицательный; а в атоме урания 480 электронов— 240 положительных и 240 отрицательных. Насколько удалось узнать (наука о строении атома еще очень молода), атом подобен солнечной системе, с солнцем и вращающимися по орбитам вокруг него отрицательными электронами-планетами.

Солнце (в большинстве элементов, если не во всех) заряжено положительно. Вокруг него вращается достаточное для сохранения равновесия количество отрицательных электронов, так что обыкновенно атом находится в нейтральном состоянии. Все же существует разница в устойчивости структуры атома. Некоторые атомы устойчивы или неизменяемы, другие неустойчивы и легко разрушаются.

Атом гелия (легкий газ, употребляемый для наполнения дирижаблей) особенно устойчив и противостоит сильным толчкам и давлениям. Атом урания настолько неустойчив, что распадается сам по себе, переходя в другой металл, ионий, а затем еще в один металл называемый радием. В конце-концов, после «жизни» неопределенной продолжительности, он может превратиться в свинец. Такое самопроизвольное распадение атомов элемента известно под именем «радиоактивности».

Большая часть атомов устойчива при обыкновенных обстоятельствах и неустойчива под влиянием сильных напряжений, подобных тем, какие производит электрический заряд. Если атом, особенно тяжелый или малоподвижный получит сильный толчок, некоторые планетные электроны могут отлететь от него, так как толчок нарушает внутреннее притяжение атома. Если атом потеряет часть отрицательных электронов, положительные оказываются сильнее, и тогда говорят, что атом заряжен положительно. Если отлетевшие отрицательные электроны перейдут в какой-нибудь другой атом, в этом последнем окажется отрицательных электронов больше нормального количества, и он будет заряжен отрицательно. Как Хюг узнал впоследствии, эта неустойчивость строения атомов сделала возможным широковещание. Многие интересные достижения в области беспроволочной передачи сделаны исключительно благодаря знанию свойств тех или других электронов. Во всех атомах есть некоторое количество свободных электронов. Если продолжать пользоваться сравнением атома с солнечной системой, свободные электроны будут соответствовать метеорам. Степень устойчивости атомов того или другого элемента, а также характер их структур определяет количество свободных электронов, а также и легкость и быстроту, с которой эти свободные электроны могут передвигаться от одного атома к другому.

Вещества, электроны которых передвигаются легко, называются «хорошими проводниками электричества». Элементы, атомы которых стесняют передвижение своих свободных электронов, известны, как плохие проводники [2] . Если так, то очевидно, что «твердые» тела в сущности вовсе не тверды. В атоме урания в солнце имеются 240 положительных

электронов (из которых действующими считаются 92). а также 148 отрицательных. Вокруг этого солнца вращаются, как планеты, 92 отрицательных электрона. В атоме гелия четыре положительных и два отрицательных электрона составляют «солнце», а еще два отрицательных электрона вращаются вокруг них, как планеты.

2

Электропроводность до сих пор еще не вполне объяснена. Когда эта книга была в печати, м-р Дж. Флеминг, изобретатель термионического клапана (катодной лампы), один из лучших знатоков науки о радио, писал автору, что проблемы электропроводности очень сложны, и, в некоторых частях, темны.

Эти «планеты» находятся не близко от своего «солнца». Относительно гелия расстояния выяснены с довольно большой точностью: если бы «солнце» было величиной с футбольный мяч, то отстоящие на одну с четвертью мили в каждую сторону два мячика для гольфа представляли бы планетные отрицательные электроны. Расстояние, таким образом, довольно большое.

Сами атомы чрезвычайно малы. Если измерить атом, исходя из расстояния между электронами в атоме гелия (два мячика для гольфа, удаленные друг от друга на две с половиной мили), окажется, что диаметр атома равен приблизительно одной двухсотмиллионной части дюйма. Как же малы должны быть электроны!

Диаметр «солнца» приблизительно равен одной десятитысячной всего атома, а электрон меньше «солнца» приблизительно во столько раз, во сколько раз мячик для гольфа меньше футбольного мяча. Потребовались бы миллионы биллионов электронов, чтобы наполнить ушко тончайшей иголки.

Несмотря на бесконечно малую величину электронов, их удалось взвесить, сосчитать, измерить, и даже определить их индивидуальный электрический заряд. Точно известно, что шесть миллионов биллионов отрицательных электронов дают столько электричества, сколько дает в течение одной секунды ток в один ампер.

Если бы мисс Фергюсон знала все эти новейшие достижения научной мысли, она могла бы точнее объяснить Хюгу, отчего получилась искра в лейденской банке. На самом деле случилось вот что: биллионы электронов совершили безумный скачек через пространство, являющееся для них большим, чем расстояние от земли к какой-нибудь отдаленной звезде.

Когда мальчик прикоснулся медной шишечкой банки к отрицательному полюсу машины, свободные отрицательные электроны, скопившиеся на этом полюсе, найдя открытый путь в такое место, где не было их избытка (внутренняя оболочка) биллионами бросились по этому пути. Когда Хюг убрал шишечку, внутренняя оболочка была заряжена всеми электронами, которые могла вместить. В то же время в положительном полюсе машины был недостаток отрицательных электронов.

Поэтому, когда мальчик коснулся проволокой к наружной оболочке положительного полюса машины, свободные электроны атомов наружной оболочки поспешили по новому пути восполнить недостаток на положительном полюсе машины. Когда банка была окончательно убрана от машины, состояние ее было таково, что во внутренней оболочке был избыток электронов, а в наружной недостаток. Внутренняя оболочка отталкивала, наружная готова была притягивать. Между обеими металлическими оболочками банки, или, как обыкновенно говорят, между обеими пластинками конденсатора, была «разность потенциалов». Употребляя общепринятое выражение, банка была «заряжена электричеством».

Мисс Фергюсон напомнила, что тела, заряженные одноименным электричеством, отталкиваются, разноименным — притягиваются. Если знать природу электронов, причину этого легко понять. Два тела, оба заряженные отрицательно, т.-е. содержащие в избытке отрицательные электроны, должны отталкиваться, так как ни у того ни у другого нет потребности в отрицательных электронах. Но если два тела заряжены разноименным электричеством, т.-е. если одно из них имеет избыток, а другое недостаток электронов того или другого рода, они, стремясь к установлению равновесия электронов в атомах, будут притягиваться. Поэтому в банке Хюга существовала еще причина для тока. Отрицательные электроны в атомах стекла, не имея возможности двинуться, потому что стекло плохой проводник и крепко сдерживает свои атомы, отошли, как могли, дальше от внутренней жестяной оболочки, каждый из биллионов отрицательных электронов стекла с силой устремился к своему «солнцу». Так как всякое неэлектропроводное или изолирующее тело, будь это стекло, бумага, масло, сухой воздух или слюда, находящееся между двумя проводниками, называется непроводящим или диэлектрическим, то и такое состояние называется диэлектрическим. Его сила прибавляется к разности потенциалов между внутренней и наружной жестяной оболочкой.