Радио и телевидение?.. Это очень просто!
Шрифт:
Н. — Я полагаю, что он не захотел бы видеть меня слишком несведущим в самых элементарных основах физики и особенно электричества.
Л. — Именно в такое положение попал я, когда мой дядюшка обучал меня основам электроники. Ну ладно, я передам ему магнитную ленту, на которой записан весь наш разговор. Таким образом, он будет точно знать, что нам потребуется. В этом случае электроника еще раз принесет нам пользу.
Комментарий профессора Радиоля
СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
Профессор
Дорогие Любознайкин и Незнайкин!
Я с большим интересом прослушал вашу беседу, записанную на магнитофоне. Пользуясь этой же магнитной лентой (предварительно стерев вашу запись), я отвечу на столь интересующие вас вопросы.
По моему мнению, прежде чем приступить к изучению собственно электроники, тебе, Незнайкин, необходимо приобрести хорошие познания в области электричества. А чтобы они не оказались поверхностными, нужно углублять знания изучением строения вещества, потому что (как показывает само слово) электроника основана на поведении электронов, входящих в состав всех существующих веществ.
Крошечные размеры молекул
Ты знаешь, что самая малая частица вещества, обладающая всеми его основными характерными свойствами, называется молекулой. В сложных веществах каждая молекула состоит из некоторого количества атомов. Так, например, молекула воды содержит два атома водорода и один атом кислорода. Молекулы имеют очень маленькие размеры. Только в одном кубическом миллиметре воды содержится около 40·1018 молекул. Представь себе, что если бы ты захотел расположить их по прямой от Земли до Луны, т. е. на расстоянии 380000 км, то на каждый сантиметр пришлось бы 109 молекул.
Я полагаю, что теперь ты легче проникнешь в этот микромир, который по сравнению с окружающим нас миром столь же мал, как сам этот мир по сравнению со Вселенной, где расстояния измеряются световыми годами. А ты ведь знаешь, что световой год — это расстояние, которое свет, идущий со скоростью 300 000 км/с, проходит за год, т. е. примерно за 32·106 с.
Микромир и макромир
Однако вернемся от макромира, где такие расстояния служат привычной единицей измерения (ведь говорят же о миллионах световых лет), к нашему микромиру, где крохотная молекула состоит из одного или нескольких атомов. Атом — слово греческого происхождения и означает «неделимый». На протяжении веков в самом деле думали; что атом — мельчайшая частица материи.
В микромире это далеко не самая малая частица, так как атом, в свою очередь, состоит из более мелких частиц: ядра и циркулирующих вокруг него электронов. Атом похож на солнечную систему с той, однако, разницей, что наши планеты движутся по орбитам, находящимся почти в одной и той же плоскости, тогда как орбиты электронов проходят по самым различным плоскостям. Если, несмотря на центробежную силу, планеты продолжают свое движение по кругу и не покидают солнечную систему, то причина кроется в гравитационных силах, определяющих взаимное притяжение между телами. Точно так же и электроны вращаются вокруг ядра и не покидают его, потому что имеется удерживающая их сила притяжения. Эта сила по своей природе электрическая. Электроны представляют собой элементарные отрицательные электрические заряды. Ядра же состоят из протонов, представляющих собой элементарные положительные электрические заряды.
Между
В ядре атомов кроме протонов находятся еще частицы, именуемые нейтронами (рис. 1), так как они нейтральны, т. е. не имеют никакого заряда. Присутствие этих частиц просто увеличивает массу атома.
Рис. 1. Строение атома. Ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтронов (последние на рисунке не показаны). Вокруг ядра вращаются отрицательно заряженные электроны.
Распределение электронов
Я тебе сказал, что в отличие от орбит наших планет орбиты электронов не находятся в одной плоскости. Но это не означает, что эти орбиты расположены беспорядочно. Они могут занимать только семь уровней или, если ты предпочтешь, семь сфер, центром которых служит ядро. Эти сферы обозначают буквами К, L, М, N, О, Р и Q (рис. 2).
Рис. 2. Схематическое изображение атома радия, показывающее распределение электронов по различным оболочкам. В действительности орбиты расположены в различных плоскостях.
Сфера К располагается ближе всех к ядру. Ее радиус составляет 5·10– 9 см. Радиусы последующих сфер пропорциональны квадрату их порядкового номера. Так, сфера L, занимающая второе место, имеет радиус в 4 раза больше, чем сфера К. Радиус же седьмой сферы (Q), следовательно, в 49 раз больше радиуса первой сферы (К).
На орбите не может быть более двух электронов. Число же электронов на каждой сфере также ограниченно. На первой сфере может быть лишь два электрона. На остальных сферах предельное количество электронов пропорционально радиусу сферы. На сфере L, радиус которой в 4 раза больше радиуса сферы К, максимальное количество электронов равно 2 x 4 = 8 и т. д.
Какая пустота!..
Что же касается размеров различных частиц атома, то ты получишь лучшее представление, если вообразишь себе атом, увеличенный в его миллионов раз. В этом случае протоны будут иметь величину яблока, а электроны достигнут размеров футбольного мяча. Самая близкая орбита электронов, т. е. сфера К, будет иметь радиус, равный 5 км, а радиус следующей сферы 20 км. Если подвергнуть такому увеличению атом, имеющий электроны на орбитах всех своих сфер, как, например, атом урана, то радиус внешней орбиты вырастет до 245 км. Из этого ты можешь понять, что строение вещества таково, что почти все пространство занимает пустота. Если бы было можно так уплотнить элементы молекул, составляющие тело слона, чтобы между ними не осталось пустот, то в результате такого сжатия мы получили бы частицу, с трудом различимую под мощным микроскопом, но эта крупинка сохранила бы массу слона.