Страница 24 из 67
Эдисон же в это время продолжал малоуспешные опыты с угольными нитями и никак не мог понять, что с ними происходит. Его лампочки выходили из строя чрезвычайно быстро и необыкновенно странным образом. Угольная нить почему-то перегорала как раз в том месте, где она соединялась с проволокой, ведущей к положительному полюсу батареи или динамомашины. Даже на глаз было отчетливо видно, что анодный конец нити нагрет сильнее и светит ярче, чем катодный.
Значит, нить недоброкачественна, решил Эдисон, один ее конец тоньше и поэтому он перегорает быстрее. Была сделана идеально ровная нить, но и она перегорела в том же самом месте. Тогда Эдисон стал менять местами проводники, ведущие к лампочке от динамомашины. Он присоединял к положительному проводнику то один конец нити лампочки, то другой, и во всех случаях раскалялся и сильнее светил именно тот конец, который вел к положительному полюсу.
Причина гибели лампочек заключалась не в качестве нити, а именно в разнице между плюсом и минусом. После нескольких лет бесполезных исканий, Эдисон пришел к выводу, что отрицательные электрические заряды могут как бы «испаряться» или «улетучиваться» из раскаленной нити электрической лампочки. На эту же мысль наводили и опыты с катодными трубками, в которых раскаленный катод усиливал излучение.
Эдисон поместил внутри лампочки возле нити металлическую пластинку и вывел наружу проволочку, прикрепленную к этой пластинке (рис. 44).
Рис. 44. Над раскаленной нитью вьется облачко электронов. Прибор показывает присутствие тока между нитью и пластинкой.
Между проводником, подводящим в лампочку ток, и проволочкой, припаянной к металлической пластинке, Эдисон включил чувствительный гальванометр. Когда лампочку зажгли — гальванометр отметил присутствие тока. Это доказывало, что электрические заряды действительно «улетучиваются» или «испаряются» с раскаленной нити и перелетают на металлическую пластинку. По цепи, состоящей из накаленной нити, металлической пластинки и сильно разреженного пространства между нитью и пластинкой, проходил электрический ток.
Так на опыте было доказано существование термоэлектронного эффекта или термоэлектронной эмиссии.
Однако до конца в этом явлении Эдисон не разобрался, и загадка преждевременной гибели лампочек раскрылась только 14 лет спустя, когда «электронная теория» разъяснила, что именно происходит в раскаленной нити лампочки.
Причина гибели лампочек
По раскаленной нити электрической лампочки движутся электроны. Нить тонка. Путь для электронов затруднен: пробираясь между атомами, электронам приходится преодолевать, большое сопротивление. Электроны энергично расталкивают атомы. Колебания атомов достигают большого размаха и силы, иначе говоря, температура волоска подымается.
Электроны наружных оболочек атомов, под градом непрерывных и сильных толчков, мечутся с орбиты на орбиту. При каждом прыжке «вниз» они испускают световые лучи. Все порции света, выброшенные отдельными атомами, сливаются в сплошной световой поток. Волосок лампочки ярко светится.
При высокой температуре скорость электронов очень значительна, и многие электроны вылетают из нити. Однако нить, потеряв часть электронов, заряжается положительно и притягивает электроны обратно. Часть электронов возвращается в нить, но на их место вылетают новые. Вокруг нити вьется облачко электронов.
Нить присоединена к источнику тока. Приложенная к ее концам разность потенциалов распределена вдоль всей нити, причем наиболее положительным оказывается, естественно, конец, соединенный с плюсом источника тока. Это место сильнее всего притягивает электроны, и значительная часть электронов возвращается в нить именно здесь. Положительный конец нити подвергается сильной электронной бомбардировке. Сталкиваясь с атомами материала нити, эти электроны отдают им свою энергию и увеличивают размах колебания атомов, то есть еще более повышают температуру.
Положительный конец нити перекаливается, материал нити в этом месте начинает испаряться, нить «перегорает».
С переводом освещения на переменный ток этот недостаток устранился. Переменный ток одинаково разогревает оба конца нити, так как ее каждый конец поочередно бывает и плюсом и минусом. Лампочки, питаемые переменным током, служат дольше.
Открытие новых лучей-невидимок
В конце 1895 года физик Конрад Рентген заинтересовался явлениями, происходящими в катодной трубке. Ученому хотелось проверить сообщение его современника Ленара о том, что катодные лучи могут выходить из трубки наружу и вызвать свечение сернистого цинка, уранового стекла или платиново-синеродистого бария, находящихся вне трубки. Все эти вещества обладают способностью светиться, когда на них падают невидимые ультрафиолетовые лучи.
Для своих опытов Ленар в 1894 году применял катодную трубку особого устройства. В том месте, где катодные лучи (электронный поток) ударяются в стенку трубки, Ленар сделал окошко и закрыл его тонкой алюминиевой фольгой. Алюминиевая фольга достаточно прочна, чтобы при малом отверстии выдержать давление наружного воздуха, и в то же время в значительной степени прозрачна для катодных лучей. Они проникают сквозь алюминий, и их действие можно наблюдать в свободных условиях — на «открытом воздухе».
Делая различные опыты, Ленар заметил, что платиново-синеродистый барий начинает светиться, если его поднести поближе к алюминиевому окошку в катодной трубке.
Рентген собирался повторить опыт Ленара без какой-либо определенной цели. Ученый приготовил экран из куска картона, покрытого платиново-синеродистым барием, и склеил для катодной трубки светонепроницаемый футляр из тонкого, но плотного черного картона.
Футляр должен был поглощать все световые и ультрафиолетовые лучи, какие только могут исходить из катодной трубки и мешать наблюдениям.
Закончив все приготовления, Рентген включил ток высокого напряжения, удостоверился, что катодная трубка работает нормально, и закрыл ее картонным футляром. После этого ему оставалось погасить в лаборатории свет, затем нащупать впотьмах кусок картона, покрытый слоем платиново-синеродистого бария, поднести его к закрытому фольгой окошечку и понаблюдать — появится ли зеленое свечение экрана.
Таков был предварительный план действий. Но ход опыта изменил его. Рентген погасил свет и увидел, что ему незачем шарить рукой по скамейке, где лежал подготовленный экран. Этот экран сам бросался в глаза, — он сверкал в темноте, испуская зеленый свет.
Яркость свечения изумила ученого. Ведь экран находился по меньшей мере в двух метрах от катодной трубки.
Несомненно, это были не слабенькие катодные лучи, прорвавшиеся сквозь алюминий окошка, — те гасли в воздухе уже на расстоянии нескольких сантиметров от трубки.
И конечно, это были не ультрафиолетовые лучи — для них даже обыкновенное стекло непрозрачно, а сквозь картон они и подавно проникнуть не могут.
Тут действуют новые, неизвестные науке лучи!
Видимо, в трубке возникло какое-то мощное излучение, которое пронизывает всю комнату.
Источником их безусловно была катодная трубка под футляром. Рентген приблизил экран к катодной трубке, свечение платиново-синеродистого бария при этом усилилось, отодвинул экран — свечение ослабело.
Лучи, не знающие преград
Во время этих опытов Рентген случайно повернул экран, обратив его к трубке той стороной, которая не была покрыта платиново-синеродистым барием. К своему удивлению ученый увидел, что платиново-синеродистый барий сияет по-прежнему. Таинственное излучение свободно проникает не только сквозь стенки футляра, но и сквозь картон экрана.
Лучи не знают преград!
Ученый укрепил свой экран на штативе перед футляром с катодной трубкой и начал серию опытов. Он взял подвернувшийся под руку годовой комплект какого-то журнала в переплете и загородил им катодную трубку. Однако экран продолжал светиться. Том в тысячу страниц был для новых лучей прозрачен.