Термомикроскоп
Современная измерительная техника, обогащенная радиотехнической аппаратурой и радиотехническими методами, вооружила человека необычайно точными и чувствительными приборами для исследований и измерений.
Совсем еще недавно своего рода «эталоном» весьма малого промежутка времени служило «мгновение ока». Но что такое «мгновение ока»? В пересчете на секунды оно составляет всего лишь около 0,3 секунды. Электроннолучевые приборы позволяют совершенно точно измерять промежутки времени, в миллион раз меньшие. Соотношение между столь малым отрезком времени и «мгновением ока» такое же, как между одной секундой и . . . двенадцатью сутками.
Какими масштабами пользовался человек не так давно для того, чтобы подчеркнуть крайне малые размеры чего-нибудь? Он сравнивал их с классическим «маковым зернышком» или в крайнем случае с пылинкой. Но маковое зернышко и пылинка — гиганты по сравнению с теми действительно микроскопическими образованиями, которые дает возможность разглядеть электронный микроскоп. Маковое зернышко имеет в диаметре около 0,5 мм, а размеры крупной молекулы, видимой в электронный микроскоп, составляют примерно 0,00001 мм. Такая молекула во столько же раз меньше макового зернышка, во сколько раз последнее меньше , . . двухэтажного дома.
Но, пожалуй, ни одно из достижений измерительной техники не поражает так воображения, как возможности измерения тепла. Эти возможности столь изумительны, что невольно отказываешься верить им. Можно ли, например, поверить, что современная измерительная техника дает возможность уловить и измерить количество тепла, которое свеча дает на расстоянии, равном расстоянию от Москвы до . . . Ташкента. А между тем этот пример соответствует действительности. Чувствительнейший уловитель тепла, соединенный с телескопом, позволяет уловить то невообразимо малое количество тепла, которое долетает от зажженной свечи на расстояние три тысячи километров. Сам свет свечи в данном случае не играет никакой роли. Свечу можно загородить экраном, пропускающим инфракрасные лучи и не пропускающим световые.
Что же это за удивительный уловитель тепла?
Нам уже приходилось отмечать замечательные свойства полупроводников. К их числу относится и свойство полупроводников изменять величину своего электрического сопротивления прямо противоположно тому, как его изменяют проводники.
Сопротивление проводников при повышении температуры увеличивается. То, что мы называем теплом, есть движение частиц вещества, а электрический ток есть организованное движение электронов в определенную сторону. При повышении температуры колебания частиц вещества проводника убыстряются, электроны испытывают больше столкновений, им труднее передвигаться.
Сопротивление полупроводников при повышении температуры уменьшается. Полупроводники обладают либо электронной, либо «дырочной» проводимостью. При низкой температуре движение в них свободных электрических зарядов или захват атомами недостающих электронов затруднен. Поэтому проводимость весьма мала.
При повышении температуры условия обмена вследствие усиления тепловой вибрации атомов облегчаются и проводимость возрастает. При очень значительном понижении температуры некоторые полупроводники совсем утрачивают проводимость и становятся изоляторами, тогда как некоторые проводники при этом совсем утрачивают сопротивление и становятся сверхпроводниками — проводниками с нулевым сопротивлением.
Однако то, что полупроводники изменяют свою проводимость при нагревании или охлаждении «не в ту сторону», в какую ее изменяют проводники, еще не может быть использовано для измерения количества тепла или температуры. Этой возможности способствует то, что при изменении температуры полупроводников на один градус их сопротивление изменяется в тысячи раз больше, чем сопротивление проводников. Полупроводники исключительно чувствительны к изменениям температуры.
Полупроводниковые термоизмерительные приборы, носящие название термисторов, являются наиболее чувствительными современными термометрами. Термистор представляет собой кусочек специально обработанного полупроводника, соединенного с прибором для точнейшего измерения сопротивления. Если поместить термистор в фокус большого телескопа, то таким прибором становится возможным измерять тепло, доходящее до нас от звезд. О почти фантастической чувствительности такого прибора мы уже говорили.
Термисторы находят много применений, в том числе и в радиоустановках. Их, например, применяют в качестве ограничителей амплитуды колебаний в генераторах, включая параллельно контуру. При чрезмерном нарастании колебаний в контуре ток, текущий через термистор, возрастает и нагревает его, отчего сопротивление термистора падает и он, потребляя от контура все больший ток, вносит в контур такое затухание, при котором колебания нарастать не могут.