Coolelectrics.ru

Числа, связанные с электронами, бывают то фантастически малы, то неимоверно велики. Они настолько отличны от всех привычных нам масштабов, что мы не воспринимаем их.

Что нам говорит, например, величина массы электрона — 9 х 10 ??? г? Мы не постигаем всю неизмеримую малость этого числа. Чтобы облегчить себе понимание этого, попробуем подсчитать, сколько надо взять электронов, чтобы их общая масса составила 1 г. Это сделать просто. Для этого надо взять 10?? электронов.

Сравним это громадное число с другим, тоже чрезвычайно большим — с числом электронов, образующих ток 1 ампер. Мы знаем, что при токе 1 ампер через поперечное сечение проводника в 1 секунду проходит 1 кулон электричества, или 6,3 х 10?? электронов.

На сколько первое число (10??) превосходит второе (6,3 х 10??)? Надолго ли хватит одного грамма электронов, чтобы поддерживать в цепи ток, например 0,5 ампера, нужный для работы приемника «Родина»? Вообразим, что нам удалось раздобыть бутылочку с одним граммом электронов и что эта бутылочка снабжена краном, позволяющим выпускать из нее электроны такой струйкой, какая нам захочется. Сколько же времени сможет наша чудесная бутылочка питать приемник «Родина»?

Найдем сначала, сколько секунд 1 г электронов сможет поддерживать ток в 1 ампер. Для этого число электронов в грамме разделим на число электронов в кулоне:
10??/ 6, 3 х 10?? = 1, 6 х 10? секунд = 44 000 часов или 1 800 суток.
Приемник «Родина» потребляет пол-ампера, следовательно 1 г электронов сможет питать его в течение 1 800 х 2=3 600 суток или 10 лет !
Один грамм электронов обеспечит 10 лет непрерывной работы приемника «Родина»! Таков неожиданный результат нашего подсчета.
Но ведь никто не пользуется приемником непрерывно. Обычно его включают часа на 4 в день. При таком режиме работы запаса питания в чудесной бутылочке с 1 г электронов хватит на 60 лет. Можно с полным правом сказать, что столь удачная покупка обеспечит питание приемника на всю жизнь.

Произведем для полноты картины еще один подсчет, сколько времени 1 г электронов сможет питать троллейбус? Ток, потребляемый троллейбусом, составляет около 130 ампер. Один грамм электронов обеспечит 14 суток непрерывного движения троллейбуса.

Цифра тоже неожиданно большая, особенно в сопоставлении с длиной пробега троллейбуса. Делая по 40 км в час, троллейбус за 14 суток покрыл бы расстояние примерно 13 500 км, т. е. проехал бы с запада на восток всю нашу огромную страну. Две недели мчался бы без остановки троллейбус через леса, поля, горы, тайгу, мимо городов, заводов, деревень. Двадцать восемь раз день сменился бы ночью и ночь снова сменилась бы днем, пока, наконец, троллейбус не достиг бы берегов Тихого Океана. И за все это время, за весь этот огромный путь через его мотор прошел бы только один грамм электронов.

Вот как велик один грамм электронов!

Читать оставленные комментарии ( 5 )

Сколь же велики при подобном увеличении будут атомные ядра и электроны?
Поперечник атомного ядра равен примерно 10?? ангстрема, или 10??? мм. При увеличении в 1010 раз ядро атома достигнет величины 0,1 мм. Точка, стоящая в конце этой фразы, имеет в диаметре около 0,5 мм; значит, диаметр атомного ядра будет в 5 раз меньше. Это — толщина волоса.
Удастся ли увидеть ядро в такой метровой модели атома? При хорошем боковом освещении и на соответствующем фоне люди с хорошим зрением смогут различить его. Ведь мы различаем в солнечном луче мельчайшие пылинки, невидимые в обычных условиях.

А каким же станет диаметр электрона? Он будет еще в 10 раз меньше. Толщина паутинной нити может дать представление о поперечнике электрона при увеличении в десять миллиардов раз. Такую «модель» электрона можно увидеть только в лупу.
К чему же мы пришли? В объеме, имеющем форму шара с поперечником 1 м, находится едва заметная пылинка, занимающая положение в центре. Вокруг нее на различных расстояниях по определенным поверхностям, как бы по невидимым оболочкам, кружатся 26 электронов, различимых только в лупу. Атом по существу пуст. Вещество в виде ядра и электронов занимает в нем только 1 / 1 000 000 000 000 000 его объема. Для сравнения можно привести нашу солнечную систему. Она фактически имеет блинообразную форму, но приближенно мы можем представить себе ее в виде шара с поперечником, равным удвоенному расстоянию от Солнца до отдаленнейшей планеты — Плутона, т. е. шара с поперечником двенадцать миллиардов километров. В этом огромном объеме Солнце, Земля и все другие планеты с их спутниками занимают ничтожное место, но все же отношение части этого объема, занятой веществом, к его пустой части будет в 200 раз больше, чем у атома.

Атом почти совершенно пуст. А так как основой структуры всякого вещества является именно атом, то можно без преувеличения сказать, что все тела состоят главным образом из пустоты. Вещество разбросано в этой пустоте микроскопическими количествами.
Атомы в веществе тоже не прилегают вплотную друг к другу, поэтому доля пустого пространства в любом объеме любого вещества еще больше, нежели внутри его атомов. Если бы вещество удалось спрессовать так, чтобы ядра его атомов сошлись вплотную, то все предметы невероятно уменьшились бы в размерах, сохраняя в то же время свой вес. Кубический метр вещества, спрессованного до такой степени, превратился бы в невидимую пылинку, объемом в миллионные доли кубического миллиметра. Продолжая сравнение с булавочной головкой, можно подсчитать, что если весь материал, из которого построен огромный современный линкор водоизмещением 45 000 тонн, сжать так, чтобы ядра его атомов сошлись вплотную, то все его вещество займет объем булавочной головки. Но эта булавочная головка у нас на земле будет весить сорок пять тысяч тонн.
Но если вещество по существу представляет собой пустоту, то почему же оно непроницаемо? Почему же молекулы воздуха, бомбардирующие снаружи баллон электронной лампы, не могут проникнуть внутрь?
Следует учесть, что термин «пустота» является условным. Под словом «пустота» надо понимать физическую среду, обладающую способностью переносить энергию.
Самый тонкий слой вещества состоит из столь большого числа атомов, что «посторонние» молекулы не смогут пролететь сквозь него, не претерпев многократных столкновений с атомами и не израсходовав в результате этих столкновений всю свою энергию. Пленка металла толщиной 100 атомов уже непроницаема для газа, а стенка металлического баллона лампы имеет толщину около 0,5 мм, что соответствует примерно 5 х 10?? атомам. Дело в том, что для того чтобы претерпеть «столкновение» с атомом, вовсе не нужно «стукнуться» об его ядро. В пространстве, занимаемом атомом, действуют исключительно мощные силы, поэтому для элементарных частиц приближение друг к другу на расстояния, соизмеримые с размерами атома, уже по сути дела представляет собой столкновение со всеми его последствиями.

По мере уменьшения расстояния между ядрами, имеющими одноименные заряды, силы отталкивания между ними увеличиваются. Еще до полного сближения частиц силы отталкивания возрастают настолько, что приближающаяся частица отбрасывается назад или же путь ее движения искривляется.

Читать оставленные комментарии ( 2 )

Огромное количество атомов, содержащихся даже в самом незначительном объеме любого вещества, заставляет предположить, что элементарные частицы, из которых оно состоит, плотно спрессованы.
Можно привести много примеров, которые наводят нас на эту мысль. Вот перед нами радиолампа. Из ее стеклянного или металлического баллона со всей тщательностью выкачан воздух. Несметные полчища молекул воздуха яростно бьются снаружи о стенки баллона, стремясь прорваться внутрь. Каждый квадратный сантиметр поверхности баллона при комнатной температуре испытывает в секунду 1022 ударов от окружающих лампу молекул воздуха, несущихся со скоростью 1 500 км в час. Однако тонкие стенки баллона успешно противостоят этому «ураганному обстрелу». Ни малейшей щелки не могут найти в них молекулы воздуха.

Это невольно заставляет думать, что элементарные частицы, из которых состоит вещество, сложены так же плотно, как, скажем, кирпичи в стене.
Посмотрим, как обстоит дело в действительности. Для этого обратимся снова к булавочной головке и прежде всего заметим некоторые нужные нам цифры: поперечник электрона примем равным 10?? ангстремам (1 ангстрем = 10?? мм), поперечник атомного ядра в среднем составляет 10~4 ангстрема, а поперечник атома — около 1—2 ангстремов. Поперечник булавочной головки примем равным 1,3 мм, т. е. 1,3 х 10? ангстрема, а число атомов в ней, как уже указывалось, 10??.
Увеличим булавочную головку до размеров земного шара. Диаметр земного шара равен в круглых цифрах 13 000 км, т. е. 13 х 10? мм. Значит, булавочную головку, имеющую в поперечнике 1,3 мм, надо увеличить в десять миллиардов (10??) раз, чтобы она сравнялась по величине с земным шаром.
Какой же величины достигнет при таком увеличении атом? Поперечник атома примерно равен 1 ангстрему, т. е. 10?? мм. При увеличении в десять миллиардов раз его поперечник станет равным одному метру. В результате такого увеличения мы получим метровую модель атома, размер которой нам представить себе нетрудно — это шар окружностью примерно в два обхвата.

Читать оставленные комментарии ( 0 )

Радиотехническую аппаратуру и радиотехнические приборы часто называют электронными. Постоянно приходится слышать и читать слова: электронная аппаратура, электронное реле, электронная лампа, электронное телевидение и т. п.

Почему же все, относящееся именно к радиотехнике, так часто сочетают со словом «электронный»?

Конечно, то обстоятельство, что электроны являются важнейшей составной частью всего материального мира, не может играть здесь роли. Если бы название «электронный» присваивалось по признаку материального состава, то без этого прилагательного оказались бы только слова, обозначающие отвлеченные понятия.

Очевидно, не может иметь значения и то, что радиотехническая аппаратура является электрической аппаратурой, а электрический ток представляет собой поток электронов. Никому не придет в голову назвать электрический звонок или электрический утюг электронными, хотя не подлежит сомнению, что их работа основана на электронных процессах.

Термин «электронный» в современной науке и технике применяют по отношению к тем приборам, в процессе работы которых используются свободные электроны, не связанные с атомами и движущиеся преимущественно в вакууме или газах. Работа многих радиотехнических приборов и устройств основана на использовании таких свободных электронов, поэтому для радистов и, следовательно, радиолюбителей важно знакомство с электронами и их природой.

Что же представляет собой электрон?

Все имеющиеся в природе вещества — твердые, жидкие и газообразные — состоят из мельчайших, но все же довольно сложных образований — молекул. Количество молекул даже в ничтожных по размеру крупицах вещества, столь велико, что цифры, выражающие это количество, уже ничего нам не говорят. Только путем сравнения можно составить известное представление о масштабах этих величин.

Возьмем каплю воды. Капля — это самая малая мера жидкости, которой мы пользуемся в обиходе. Но в капле воды заключено огромнейшее количество молекул. Чтобы как-то представить себе ей, придется перейти от капли к целому морю.

На юге нашей Родины раскинулось прекрасное Черное море. Оно омывает берега четырех государств, громадные пароходы скользят по нему, бескрайны его просторы. Его поверхность равна примерно 400 000 км?, т. е. почти полумиллиону квадратных километров, а глубина в среднем не менее 750 м.

Много ли капель в Черном море? Конечно, такой неожиданный вопрос поставит каждого из нас в тупик. Не скоро сообразишь, сколько капель, скажем, в стакане воды, а тут огромнейшее море. Однако карандаш и бумага помогут нам быстро найти нужную цифру. Если мы примем, что объем капли воды равен 15 мм?, то получим, что в Черном море содержится около 2 х 10?? капель.

Нам не столь важна эта цифра  сама по себе, сколь  важно  сопоставление капли воды с Черным морем, потому что в одной капле воды примерно столько же молекул, сколько капель в мм3 Черном море.

Этот пример может быть поможет хотя и с трудом, но все же представить себе сколь мала молекула. Но ведь молекулу можно делить. Она состоит из еще более мелких частиц— атомов.

Вот булавочная головка. Мы часто пользуемся ею для сравнения, когда хотим подчеркнуть малые размеры чего-нибудь. Однако в булавочной головке содержится 1019 атомов железа.

С чем можно сравнить это число? От Земли до Солнца 150 млн. км. Переведем километры в миллиметры — получим 1,5 х 10?? мм. Это число грандиозно, но в булавочной головке столько атомов, что на каждом миллиметре расстояния между Землей и Солнцем можно поместить по… полмиллиона атомов железа. Если бы мы захотели поместить их по одному на каждом миллиметре, то такая цепочка атомов растянулась бы на 1013 км. Такой путь свет проделывает в течение года.

Атом железа содержит 26 электронов, поэтому электронов в булавочной головке в 26 раз больше, чем атомов. Цепочка такого количества электронов, расположенных с интервалом 1 мм, протянется от Земли в безбрежные дали космического пространства на такое расстояние, какое свет пролетает за 26 лет. Такое расстояние велико даже в космических масштабах. Ведь Землю от ближайшей звезды отделяют «всего» 4 световых года. 26 световых лет — это расстояние, на, котором находится от Земли яркая и красивая звезда Вега из созвездия Лиры.

Вот в какую даль завела нас булавочная головка.

Что же представляет собой электрон и какие цифры характеризуют его физические свойства?

Электрон содержит наименьшее количество электричества. Мы считаем его наименьшим возможным количеством потому, что до сих пор ни разу не приходилось наблюдать меньшего заряда, хотя современная техника эксперимента имеет принципиальную возможность обнаруживать и измерять во много раз меньшие заряды. По новейшим данным заряд электрона равен 4,8 х 10?? абсолютных электростатических единиц, или 1,6 х 10??? кулона. Эта величина представляет для электриков и радистов большой интерес, так как им постоянно приходится иметь дело с электрическими зарядами и электрическим током. Током в один ампер является такой ток, при котором в одну секунду через поперечное сечение проводника протекает один кулон электричества. Легко вычислить, что один кулон равен заряду 6,3 х 10?? электронов. Столько электронов протекает в секунду через поперечное сечение проводника при токе в один ампер.

Число это огромно. Если зарядить какое-нибудь тело отрицательным зарядом, равным одному кулону, а потом начать снимать с него электроны по 1 млн. в секунду, то снимать их придется… двести тысяч лет. Сколько же весит это колоссальное количество электронов?

Остроумные и изумительные по своей тонкости эксперименты позволили физикам не только измерить заряд электрона, но и определить его массу. Она оказалась равной 9,1 х 10??? г. Эта масса столь мала, что в большинстве случаев ее можно не принимать во’ внимание и считать электрон лишенным массы. Но все же она не равна нулю, и, помножив число электронов в кулоне на только что приведенную цифру, мы получим, что один кулон «весит» 5,7- 10~9 г, или 0,0057 микрограмма.

Это ничтожнейшая величина. Кулон нельзя «взвесить» даже на лучших микроаналитических весах, чувствительность которых равна миллионным долям грамма. Кулон «весит» в тысячу раз меньше.

Читать оставленные комментарии ( 4 )