Проблеми сучасної фізики

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Реферат
з фізики
на тему:
«Проблеми сучасної фізики»

Почнемо з проблеми, яка привертає зараз найбільшу увагу фізиків, над якою, мабуть, працює найбільша кількість дослідників і дослідницьких лабораторій у всьому світі, - це проблема атомного ядра і, зокрема, як найбільш актуальна і важлива її частина - так звана проблема урану.
Вдалося встановити, що атоми тол складаються 113 порівняно важкого позитивно зарядженого ядра, оточеного деяким числом електронів. Позитивний заряд ядра і негативні заряди оточуючих його електронів компенсують один одного. У цілому атом здається нейтральним.
З 1913 майже до 1930 р. фізики вивчали самим ретельним чином властивості і зовнішні прояви тієї атмосфери електронів, які оточують атомне ядро. Ці дослідження привели до єдиної цільної теорії, що виявила нові закони руху електронів в атомі, раніше нам невідомі. Ця теорія отримала назву квантової, чи хвильової, теорії матерії. До неї ми ще повернемося.
Приблизно з 1930 р. основна увага була спрямована на атомне ядро. Ядро нас особливо цікавить, тому що в ньому зосереджена майже вся маса атома. А маса є міра того запасу енергії, якою володіє дана система.
Кожен грам будь-якої речовини містить в собі точно відому енергію до того ж дуже значну. Так, наприклад, у склянці чаю, який важить приблизно 200 р., укладено кількість енергії, для отримання якої потрібно було б спалити близько мільйона тонн вугілля.
Ця енергія знаходиться саме в атомному ядрі, тому що 0.999 всієї енергії, всієї маси тіла містить в собі ядра і тільки менше 0.001 всієї маси може бути віднесено до енергії електронів. Колосальні запаси енергії, що знаходяться в ядрах, незрівнянні ні з якою формою енергії, яку ми знали до сих пір.
Природно, приваблива надія володіти цією енергією. Але для цього спочатку потрібно вивчити її, а потім знайти шляхи для її використання.
Але, крім того, ядро ​​цікавить нас і з інших причин. Ядро атома цілком визначає всю природу його, визначає його хімічні властивості і його індивідуальність.
Якщо залізо відрізняється від міді, від вуглецю, від свинцю, то відмінність це лежить саме в атомних ядрах, а не в електронах. Електрони у всіх тіл одні й ті ж, і будь-який атом може втратити частину своїх електронів аж до того, що можуть бути зірвані всі електрони з атома. Поки ціле і незмінно атомне ядро ​​зі своїм позитивним зарядом, воно завжди притягне до себе стільки електронів, скільки необхідно для компенсації його заряду. Якщо в ядрі срібла 47 зарядів, то воно завжди приєднає до себе 47 електронів. Тому, поки цілю ядро, ми маємо справу з тим же самим елементом, з тим же самим речовиною. Варто змінити ядро, як з одного хімічного елемента виходить інший. Тільки тоді здійснилася б давня і давно вже за безнадією залишена мрія алхімії - перетворення одних елементів в інші. На сучасному етапі історії ця мрія здійснилася, не зовсім у тих формах і не тими результатами, які очікувалися алхіміками.
Що ми знаємо про атомному ядрі? Ядро в свою чергу складається з ще більш дрібних складових частин. Ці складові частини мають найпростіші відомі нам в природі ядра.
Найлегше і тому найпростіше ядро ​​- це ядро ​​атома водню. Водень - перший елемент періодичної системи з атомним вагою близько 1. Ядро водню входить до складу всіх інших ядер. Але, з іншого боку, легко бачити, що всі ядра не можуть складатися тільки з водневих ядер, як давно, вже більше 100 років тому, припускав Проут.
Ядра атомів володіють певною масою, яка дається атомним вагою, і певним зарядом. Заряд ядра задає той номер, який цей елемент займає в періодичній системі Менделєєва.
Водень в цій системі - перший елемент: в нього один позитивний заряд і один електрон. Другий по порядку елемент має ядро ​​з подвійним зарядом, третій - з потрійним і т.д. аж до самого останнього і найважчого з усіх елементів - урану, ядро ​​якого має 92 позитивних заряду.
Менделєєв, систематизуючи величезний досвідчений матеріал в області хімії, створив періодичну систему. Він, звичайно, не підозрював в той час про існування ядер, але не думав, що порядок елементів у створеній ним системі визначається просто зарядом ядра і нічим більше. Виявляється, що ці дві характеристики атомних ядер - атомну вагу і заряд - не відповідають тому, що ми могли б очікувати, виходячи з гіпотези Проута.
Так, другий елемент - гелій має атомний вага 4. Якщо він складається з 4 ядер водню, то і заряд його мав би бути 4, а між тим заряд його 2, тому що це другий елемент. Таким чином, потрібно думати, що в гелії всього 2 ядра водню. Ядра водню ми називаємо протонами. Але у крім того, в ядрі гелію є ще 2 одиниці маси, які заряду не мають. Другу складову частину ядра доводиться вважати незарядженим ядром водню. Доводиться розрізняти ядра водню, що володіють зарядом, або протони, і ядра, що не володіють зовсім електричним зарядом, нейтральні, їх ми називаємо нейтронами.
Всі ядра складаються з протонів і нейтронів. У гелії 2 протони і 2 нейтрони. У азоті 7 протонів та 7 нейтронів. У кисні 8 протонів і 8 нейтронів, в вуглеці З протонів і 6 нейтронів.
Але далі ця простота дещо порушується, число нейтронів стає все більше і більше але порівняно з числом протонів, і в самому останньому елементі - урані є 92 заряду, 92 протона, а атомна вага його 238. Отже, до 92 протонам додано ще 146 нейтронів.
Звичайно, не можна думати, що те, що ми знаємо в 1940 р., є вже вичерпне відображення реального світу та розмаїття закінчується на цих частках, які є елементарними в буквальному сенсі слова. Поняття елементарності означає тільки певний етап у нашому проникненні в глиб природи. На даному етапі ми знаємо, проте, склад атома лише аж до цих елементів.
Ця проста картина па насправді була з'ясована не так легко. Довелося подолати цілий ряд труднощів, цілий ряд протиріч, які і момент свого виявлення здавалися безвихідними, але які, як завжди в історії науки, виявилися тільки різними сторонами більш загальної картини, що представляла собою синтез того, що здавалося протиріччям, і ми переходили до наступного, більш глибокому розумінню проблеми.
Найважливішим із цих труднощів виявилося наступне: на самому початку нашого століття було вже відомо, що з надр радіоактивних атомів (про ядро ​​тоді ще не підозрювали) вилітають б-частинки (вони виявилися ядрами гелію) і по-частинки (електрони). Здавалося, те, що вилітає з атома, це і є те, з чого він складається. Отже, здавалося, ядра атомів складаються з ядер гелію і електронів.
Помилковість першій частині цього твердження ясна: очевидно, що неможливо скласти ядро ​​водню з вчетверо більше важких ядер гелію: частина не може бути більше цілого.
Виявилася невірною і друга частина цього твердження. Електрони дійсно вилітають при ядерних процесах, і тим не менше електронів в ядрах немає. Здавалося б, тут - логічне протиріччя. Чи так це?
Ми знаємо, що атоми випромінюють світло, світлові кванти (фотони).
Що ж ці фотони запасено в атомі у вигляді світла і чекають моменту для вильоту? Очевидно, немає. Ми розуміємо випускання світла таким чином, що електричні заряди в атомі, переходячи з одного стану в інший, звільняють деяку кількість енергії, яка переходить у форму променистої енергії, що розповсюджується в просторі.
Аналогічні міркування можна висловити і щодо електрона. Електрон з цілої низки міркувань не може перебувати в атомному ядрі. Але він не може і створюватися в ядрі, як фотон, тому що має негативним електричним зарядом. Твердо встановлено, що електричний заряд так само, як і енергія і матерія в цілому, залишається незмінним; загальна кількість електрики ніде не створюється і ніде не зникає. Отже, якщо несеться негативний заряд, то ядро ​​отримує рівний йому позитивний заряд. Процес випускання електронів супроводжується зміною заряду ядра. Але ядро ​​складається з протопоп і нейтронів, значить, один з незаряджені нейтронів перетворився в позитивно заряджений протон.
Окремий негативний електрон не може ні виникнути, ні зникнути. Але два протилежних заряду можуть при достатньому зближенні взаємно компенсувати один одного або навіть зовсім зникнути, виділивши свій запас енергії у вигляді променистої енергії (фотонів).
Які ж це позитивні заряди? Вдалося встановити, що, крім негативних електронів, в природі спостерігаються і можуть бути створені засобами лабораторій і техніки позитивні заряди, які за всіма своїми властивостями: за масою, за величиною заряду цілком відповідають електронам, але тільки мають позитивний заряд. Такий заряд ми називаємо позитроном.
Таким чином, ми розрізняємо електрони (негативні) і позитрони (позитивні), які відрізняються тільки протилежним знаком заряду. Поблизу ядер можуть відбуватися як процеси з'єднання позитронів з електронами, так і розщеплення на електрон і позитрон, причому електрон йде з атома, а позитрон входить у ядро, перетворюючи нейтрон в протон. Одночасно з електроном йде і незаряджена частинка - нейтрино.
Спостерігаються і такі процеси в ядрі, при яких електрон передає свій заряд ядра, перетворюючи протон в нейтрон, а позитрон вилітає з атома. Коли з атома вилітає електрон, заряд ядра збільшується на одиницю; коли вилітає позитрон або протон, заряд і номер в періодичній системі зменшується на одну одиницю.
Всі ядра побудовані із заряджених протонів і незаряджених нейтронів. Питається, якими силами вони стримуються в атомному ядрі, що їх пов'язує між собою, що визначає побудову різних атомних ядер з цих елементів?
Аналогічне питання про зв'язок ядра з електронами в атомі отримав просту відповідь. Позитивний заряд ядра притягує до себе негативні електрони за основним законам електрики так само, як Сонце силами тяжіння притягує до себе Землю та інші планети. Але в атомному ядрі адже одна із складових частин нейтральна. Чим же вона зв'язується з позитивно зарядженим протоном і іншими нейтронами? Досліди показали, що сили, що зв'язують між собою два нейтрони, приблизно такі ж по величині, як і сили, що зв'язують між собою нейтрон з протоном і навіть 2 протона між собою. Це не сили тяжіння, не електричні або магнітні взаємодії, а сили особливого характеру, які випливають з квантової, чи хвильової, механіки.
Один з радянських вчених, І.Є. 'Гамм висловив гіпотезу, що зв'язок між нейтроном і протоном забезпечується електричними зарядами - електрона і позитрона. Випущення і поглинання їх дійсно має дати деякі сили зв'язку між протоном і нейтроном. Але, як показали обчисленні, ці сили в багато разів слабкіше, ніж ті, які па насправді існують в ядрі і забезпечують його міцність.
Тоді японський фізик Юкава спробував поставити завдання таким чином: раз взаємодія при посередництві електронів і позитронів недостатньо, щоб пояснити ядерні сили, то які ж частинки, які забезпечили б достатні сили? І він обчислив, що якби в ядрі зустрічалися негативні і позитивні частинки з масою в 200 разів більшою, ніж позитрон р електрон, то ці частинки забезпечили б правильну ре-личину сил взаємодії.
Через деякий час ці частинки були виявлені в космічних променях, які, приходячи з світовою простору, пронизують атмосферу і спостерігаються і на земній поверхні, і па висотах Ельбрусу, і навіть під землею на досить великій глибині. Виявляється, що космічні промені, входячи в атмосферу, створюють заряджені негативно і позитивно частинки, з масою приблизно в 200 разів більшою, ніж маса електрона. Ці частинки в той же час у 10 разів легше, ніж протон і нейтрон (які приблизно в 2000 разів важче, ніж електрон). Таким чином, це - якісь частинки «середнього» ваги. Вони тому були названі мезотрони, або, для стислості, мезонами. Їх існування у складі космічних променів в земній атмосфері зараз не викликає сумніву.
Той же І.Є. Тамм останнім часом вивчав закони руху мезонів. Виявляється, вони володіють своєрідними властивостями, у багатьох відносинах не схожими на властивості електронів і позитронів. На підставі теорії мезонів він разом з Л.Д. Ландау створив надзвичайно цікаву теорію утворення нейтронів і протонів.
Тамм і Ландау уявляють собі, що нейтрон є протон, з'єднаний з негативним мезоном. Позитивно заряджений протон з негативним електроном утворюють атом водню, добре нам відомий. Але якщо замість негативного електрона є негативний мезон, частка в 200 разів важча, з особливими властивостями, то така комбінація займає набагато менше місця і за всіма своїми властивостями близько збігається з тим, що ми знаємо про нейтрони.
Відповідно до цієї гіпотези, вважається, що нейтрон - це протон, з'єднаний з негативним мезоном, і, навпаки, протон - це нейтрон, з'єднаний з позитивним мезоном.
Таким чином, «елементарні» частинки - протони і нейтрони - на наших очах починають знову розшаровуватися і виявляти свою складну структуру.
Але, мабуть, ще більш цікаво, що така теорія знову повертає нас до електричної теорії материн, порушеною появою нейтронів. Тепер знову можна стверджувати, що всі елементи атома і його ядра, які нам до цих пір відомі, мають, по суті, електричне походження.
Проте не треба думати, що в ядрі ми маємо справу просто з повторенням властивостей того ж атома.
Переходячи від досвіду, накопиченого в астрономії і механіці, до масштабів атома, до 100-мільйонним часткам сантиметри, ми потрапляємо в новий світ, де проявляються невідомі раніше нові фізичні властивості атомної фізики. Ці властивості пояснюються квантовою механікою.
Цілком природно очікувати, і, мабуть, досвід вже нам це показує, що коли ми переходимо до наступного етапу, до атомного ядра, а атомне ядро ​​ще в 100 тисяч разів менше, ніж атом, то тут ми виявляємо ще нові, специфічні закони ядерних процесів, що не виявляються помітним чином ні в атомі, ні у великих тілах.
Та квантова механіка, яка чудово описує нам усі властивості атомних систем, виявляється недостатньою і повинна бути доповнена і виправлена ​​відповідно до явищами, які виявляються в атомному ядрі.
Кожен такий кількісний етап супроводжується Проявом якісно нових властивостей. Сили, що зв'язують протон і нейтрон з мезоном, - це не сили електростатичного притягання але законам Кулона, які пов'язують ядро ​​водню з його електроном, це сили більш складного характеру, описувані теорією Тамма.
Так уявляється нам зараз будову атомного ядра. Подружжя П'єр і Марія Кюрі в 1899 й ·. відкрили радій і вивчили його властивості. Але шлях спостереження, неминучий па першій стадії, оскільки ми не мали іншого, - шлях надзвичайно малоефективний для розвитку науки.
Швидкий розвиток забезпечується можливістю активного впливу на об'єкт, що вивчається. Ми стали впізнавати атомне ядро ​​тоді, коли ми навчилися активно егo видозмінювати. Це удалое й. приблизно 20 років тому знаменитому англійському фізику Резерфорду.
Давно було відомо, що при зустрічі двох атомних ядер можна було очікувати впливу ядер один на одного. Але як здійснити таку зустріч? Адже ядра заряджені позитивно. При наближенні один до одного вони відштовхуються, розміри їх настільки малі, що сили відштовхування досягають величезної величини. Потрібна атомна енергія, щоб, подолавши ці сили, змусити одне ядро ​​зустрітися з іншим. Щоб накопичити таку енергію, потрібно було змусити ядра пройти різниця потенціалів близько 1 млн. В. І ось, коли в 1930 р. отримали пустотні трубки, в яких вдалося створювати різниці потенціалів більше 0.5 млн. В, вони зараз же були застосовані для впливу на атомні ядра.
Треба сказати, що такі трубки були отримані зовсім не фізикою атомного ядра, а електротехнікою у зв'язку із завданням передачі енергії на великі відстані.
Давньою мрією електротехніки високих напруг є перехід з змінного струму на постійний. Для цього потрібно вміти перетворювати високовольтні змінні струми в постійні і навпаки.
Ось для цієї-то мети, ще й зараз недосягнутій, і були створені трубки, в яких ядра водню проходили понад 0.5 млн. В і отримували велику кінетичну енергію. Це технічне досягнення зараз же було використано, і в Кембриджі була поставлена ​​спробу направити ці швидкі частинки в ядра різних атомів.
Природно, побоюючись, що взаємне відштовхування не дозволить ядрам зустрітися, взяли ядра з найменшим зарядом. Найбільш малий заряд у протона. Тому в пустотною трубці потік ядер водню пробігав різниця потенціалів до 700 тис. В. Надалі дозвольте енергію, яку отримує заряд електрона або протона, пройшовши 1 В, називати Електронвольт. Протони, що отримали енергію порядку 0.7 млн. еВ, були спрямовані на препарат, що містить літій.
Літій займає третє місце в періодичній системі. Атомний вага його 7; він має 3 протона і 4 нейтрона. Коли ще один протон, потрапляючи в ядро ​​літію, приєднається до нього, ми отримаємо систему з 4 протонів і 4 нейтронів, тобто четвертий елемент - берил з атомним вагою 8. Таке ядро ​​берилію розпадається па дві половини, кожна мул яких має атомний пег 4, а заряд 2, тобто являє собою ядро ​​гелію.
Дійсно, це і було спостережено. При бомбардуванні літію протонами вилітали ядра гелію; причому можна виявити, що одночасно вилітають в протилежні сторони 2 б-частинки з енергією по 8.5 млн. еВ.
Ми можемо зробити з цього досвіду одразу два висновки. По-перше, з водню і літію ми отримали гелій. По-друге, витративши один протон з енергією в 0.5 млн. еВ (а потім виявилося достатнім і 70 000 еВ), ми отримали 2 частки, кожна з яких має по 8.5 млн. еВ, тобто 17 млн. еВ.
У цьому процесі ми здійснили, отже, реакцію, що супроводжується виділенням енергії з атомного ядра. Витративши лише 0.5 млн. еВ, ми отримали 17 мільйонів - в 35 разів більше.
Але звідки береться ця енергія? Звичайно, закон збереження енергії не порушується. Як завжди, ми маємо справу з перетворенням одного виду енергії в інший. Досвід показує, що таємничих, ще невідомих джерел шукати не доводиться.
Ми вже бачили, що маса вимірює запас енергії в тілі. Якщо ми виділили енергію в 17 млн. еВ, то треба чекати, що зменшився запас енергії в атомах, а значить, зменшився їх вага (маса).
До зіткнення ми мали ядро ​​літію, точний атомний вага якого 7.01819, і водень, атомна вага якого 1.00813; отже, до зустрічі була сума атомних ваг 8.02632, а після зіткнення вилетіло два частки гелію, атомна вага якого 4.00389. Значить, два ядра гелію мають атомний вага 8.0078. Якщо порівняти ці числа, то виявиться, що замість суми атомних ваг 8.026 залишилося 8.008; маса зменшилася па 0.018 одиниці.
З цієї маси повинна вийти енергія о 17.25 млн. еВ, а насправді виміряна 17.13 млн. Кращого збігу ми і чекати не має права.
Чи можна сказати, що ми вирішили завдання алхімії - перетворюємо один елемент в інший - і завдання отримання енергії з внутрішньоатомних запасів?
Це р вірно, і невірно. Невірно в практичному сенсі слова. Адже, коли ми говоримо про можливість перетворювати елементи, то ми очікуємо, що отримані такі кількості речовини, з якими можна щось зробити. Те ж саме відноситься і до енергії.
З окремого ядра ми дійсно отримали в 35 разів більше енергії, ніж витратили. Але чи можемо ми зробити це явище основою технічного використання внутрішньоядерних запасів енергії?
На жаль, немає. З усього потоку протоном приблизно один з мільйона зустрінеться па заспіваємо шляху з ядром літію; 999 999 ж інших протопоп в ядро ​​потрапляє, а енергію свою розтратять. Справа в тому, що наша «артилерія стріляє» потоками протонів в ядро ​​атомів без «прицілу». Тому-то з мільйона потрапить в ядро ​​тільки один; загальний баланс виходить невигідним. Для «бомбардування» ядра застосовується величезна машина, що споживає велику кількість електроенергії, а в результаті виходить кілька вилетіли атомів, енергією яких не можна скористатися навіть для маленької іграшки.
Такий стан справ 9 років тому. Як розвивалася далі ядерна фізика? З відкриттям нейтронів ми отримали снаряд, який може досягти будь-якого ядра, тому що між ними не виникне сил відштовхування. Завдяки цьому тепер за допомогою нейтронів можна здійснювати реакції по всій періодичній системі. Немає жодного елемента, який ми не могли б перетворити на інший. Ми можемо, наприклад, ртуть перетворити на золото, але в незначних кількостях. При цьому виявилося, що різних комбінацій протонів і нейтронів дуже багато.
Менделєєв уявляв собі, що різних атомів 92, що кожній клітині відповідає один тип атомів Візьмемо 17-ту клітку, зайняту хлором; отже, хлор -. Але елемент, ядро ​​якого має 17 зарядів; число ж у ньому може дорівнювати і 18 і 20; все це будуть різна побудовані ядра з різними атомними вагами, але оскільки заряди їх однакові, це - ядра одного і того ж хімічного елемента. Ми їх називаємо ізотопами хлору. Хімічно ізотопи невиразні; тому Менделєєв і по підозрював про їх існування. Число різних ядер тому набагато більше, ніж 92. Ми знаємо зараз приблизно 350 різних стійких ядер, які розміщуються в 92 клітинах менделєєвської таблиці, і, понад те, близько 250 радіоактивних ядер, які, розпадаючись, випускають промені - протони, нейтрони, позитрони, електрони, м-промені (фотони) і т . д.
Крім тих радіоактивних речовин, які існують у природі (це найважчі елементи періодичної системи), ми отримали тепер можливість виробляти штучно будь-які радіоактивні речовини, що складаються як з легких атомів, так і з середніх і важких. Зокрема, ми можемо отримати радіоактивний натрій-Якщо з'їсти кухонну сіль, в яку входить радіоактивний натрій, то за переміщенням атомів радіоактивного натрію ми можемо простежити по всьому організму. Радіоактивні атоми мають відмітку вони випускають промені, які ми можемо виявити і з їх допомогою простежити шляхи даної речовини в будь-якому живому організмі.
Точно так само, ввівши радіоактивні атоми в хімічні з'єднання, ми можемо простежити всю динаміку процесу, кінетику хімічної реакції. Колишні методи визначали остаточний результат реакції, а зараз ми можемо спостерігати весь її хід.
Це дає потужне знаряддя для подальших досліджень і в галузі хімії, і в області біології, і в області геології, у сільському господарстві можна буде стежити за рухом вологи в грунті, за рухом поживних речовин, за переходом їх до коріння рослин і т.д. Стає доступним те, чого до цих нір ми безпосередньо бачити не могли.
Повернемося до питання про те, чи можна отримувати енергію за рахунок внутрішньоядерних запасів?
Два роки тому це здавалося завданням безнадійною. Правда, ясно було, що за межами відомого два роки тому існувала величезна область невідомого, але
Конкретних шляхів використання ядерної енергії ми не бачили.
В кінці грудня 1938 р. було відкрито явище, яке абсолютно змінило становище питання. Це - явище розпаду урану.
Розпад урану різко відрізняється від інших відомих нам раніше процесів радіоактивного розпаду, при якому з ядра вилітає якась частинка - протон, позитрон, електрон. Коли нейтрон вдаряє в ядро ​​урану, те ядро, можна сказати, розвалюється на 2 частини. При цьому процесі, як виявилося, з ядра вилітає ще кілька нейтронів. А це призводить до наступного висновку.
Уявіть собі, що нейтрон влетів в масу урану, зустрів якесь його ядро, розщепив його, виділивши величезне кількість енергії, приблизно до 160 млн. еВ, і, крім того, ще вилітають 3 нейтрона, які зустрінуться з сусідніми ядрами урану, розщепити їх, кожен знову виділить по 160 млн. еВ і знову дасть по 3 нейтрона.
Легко уявити собі, як цей процес буде розвиватися. З одного розщепиться ядра з'являться 3 нейтрона. Вони викличуть розщеплення трьох нових, кожен з яких дасть ще по 3, з'явиться 9, потім 27, потім 81 і т.д. нейтронів. І через мізерну частку секунди цей процес пошириться на всю масу ядер урану.
Щоб порівняти енергію, яка виділяється при процесі розвалу урану, з тими енергіями, які ми знаємо, дозвольте навести таке порівняння. Кожен атом пального або вибухової речовини виділяє приблизно 10 еВ енергії, а тут одне ядро ​​виділяє 160 млн. еВ. Отже, енергії тут в 16 мільйонів разів більше, ніж виділяє вибухова речовина. Це означає, що станеться вибух, сила якого в 16 мільйонів разів більше, ніж вибух найсильнішого вибухової речовини.
Часто, особливо в паші час, як неминучий результат імперіалістичної стадії розвитку капіталізму, наукові досягнення використовуються у війні для знищення людей. Але нам природно думати про використання їх на благо людини.
Такі концентровані запаси енергії можуть бути використані як рушійна сила для всієї нашої техніки. Як це зробити - це, звичайно, завдання ще зовсім неясна. Нові джерела енергії не мають для себе готової техніки. Доведеться її знову створювати. Але перш за все, потрібно навчитися добувати енергію. На шляху до цього є ще переборені труднощі.
Уран займає 92-е місце в періодичній таблиці, має 92 заряду, але є кілька його ізотопів. Один має атомну вагу 238, інший - 234, третій - 235. З усіх цих різних ураном лавина енергії може розвинутися лише в урані 235, але його тільки 0.7% · Майже 99% становить уран-238, який має властивість по дорозі перехоплювати нейтрони. Нейтрон, що вилетів з ядра урану-235 раніше, ніж дійде до іншого ядра урану-235, буде перехоплений ядром урану-238. Лавін не розростеться. Але від вирішення такого завдання так легко не відмовляються. Один з виходів - виготовити такий уран, який містив би майже тільки уран-235.
До цих пір вдається, проте, розділяти ізотопи тільки в кількостях часткою міліграма, а для того щоб здійснити лавину, треба мати кілька тонн урану-235. Від часткою міліграма до кількох тонн - шлях настільки далекий, що він виглядає як фантастика, а не реальне завдання. Але якщо ми зараз і не знаємо дешевих і масових засобів розділення ізотопів, то це не означає, що всі шляхи до цього закриті. Тому методами розділення ізотопів зараз ретельно займаються і радянські та іноземні вчені.
Але можливий і інший спосіб змішування урану з речовиною, мало що поглинає, але сильно розсіює і сповільнює нейтрони. Справа в тому, що повільні нейтрони, розщеплюючи уран-235, не затримуються ураном-238. Положення в даний момент таке, що простий підхід не приводить до мети, але є ще різні можливості, дуже складні, важкі, але не безнадійні. Якби один з цих шляхів призвів до мети, то, мабуть, він зробив би революцію у всій техніці, яка за своїм значенням перевищила б появу парової машини і електрики.
Немає підстав тому вважати, що завдання виконане, що нам залишається тільки навчитися користуватися енергією і всю стару техніку можна викинути в бур'янисту кошик. Нічого подібного. По-перше, ми ще не вміємо отримувати енергію з урану, а, по-друге, якщо б р могли витягти, то використання її потребує чимало часу і праці. Оскільки ці колосальні запаси енергії в ядрах є, можна думати, що знайдуться раніше чи пізніше шляхи для їх використання.
На шляху до вивчення проблеми урану у пас в Союзі було зроблено надзвичайно цікаве дослідження. Це - робота двох молодих радянських вчених - комсомольця Флерова і молодого радянського фізика Петржака. Вивчаючи явище розщеплення урану, вони помітили, що уран розпадається сам по собі без будь-якого зовнішнього впливу. Па 10 мільйонів альфа-променів, які випускає уран, тільки 6 відповідають осколках від його розпаду. Помітити ці 0 частинок серед 10 мільйонів інших можна було тільки при великій спостережливості і незвичайне експериментальному мистецтві.
Два молодих фізика створили апаратуру, яка в 40 разів чутливіша, ніж всі досі відомі, і в той же час настільки точна, що вони могли впевнено приписати цим 6 точках з 10 мільйонів реальне значення. Потім послідовно і систематично вони перевірили свої висновки і твердо встановили повое явище мимовільний розпад урану.
Ця робота чудова не тільки за своїми результатами, по р. але наполегливості, але тонкощі експерименту, але винахідливості авторів. Якщо взяти до уваги, що одному з них 27 років, а іншому 32, то від них можна багато чого очікувати. Ця робота представлена ​​па здобуття премії імені Сталіна.
Явище, відкрите Флерова і Петржака, показує, що 92-й елемент нестійкий. Правда, для того щоб зруйнувати половина всіх готівкових ядер урану, буде потрібно 10 10 років. Але стає зрозумілим, чому періодична система на цьому елементі закінчується.
Більш важкі елементи будуть ще більш нестійкі. Вони швидше руйнуються і тому не дожили до нас. Що це так, знову-таки було підтверджено прямим досвідом. Ми можемо виготовити 93-й і 94-ї елементи, але вони живуть дуже недовго, менше 1000 років .*
Тому, як бачите, дана робота має принципове значення. Не тільки виявлений новий факт, але р з'ясована одна із загадок періодичної системи.
Вивчення атомного ядра відкрило перспективи використання внутрішньоатомних запасів, але поки що не дало техніці нічого реального. Так здається. Але насправді вся та енергія, якою ми користуємося в техніці, все це - ядерна енергія. Справді, звідки у нас енергія вугілля, нафти, звідки гідростанції беруть свою енергію?
Ви добре знаєте, що енергія сонячних променів, поглинена зеленим листям рослин, запасена у вигляді вугілля, сонячні промені, випаровуючи воду, піднімають її і виливають у вигляді дощів на висотах, у вигляді гірських річок доставляють енергію гідростанції.
Вce види енергії, якими ми користуємося, отримані від Сонця. Сонце випромінює величезну кількість енергії не тільки у бік Землі, але в усіх напрямках, а у нас є підстави думати, що Сонце існує сотні мільярдів років. Якщо підрахувати, скільки за цей час випромінюючи енергію, то виникає питання - звідки ж ця енергія, де її джерела?
Все, що вдавалося придумати раніше, виявлялося недостатнім, і тільки тепер ми нібито отримуємо правильну відповідь. Джерелом енергії не тільки Сонця, а й інших зірок (наше Сонце нічим від інших зірок у цьому відношенні не відрізняється) є ядерні реакції. У центрі зірки, завдяки силам тяжіння, панує колосальний тиск і дуже висока температура - 20 млн. град. У таких умовах ядра атомів часто зустрічаються один з одним, і при цих зіткненнях відбуваються то ядерні реакції, одним із прикладів яких є бомбардування літію протонами.
Ядро водню стикається з ядром вуглецю з атомною вагою 12, утворюється азот 13, який перетворюється в вуглець 13, випускаючи позитивний позитрон. Потім новий вуглець 13 стикається з іншим ядром водню і т.д. Врешті-решт виходить знову той же самий вуглець 12, з якого справа почалася. Вуглець тут пройшов тільки через різні стадії і брав участь лише як каталізатор. Але зате замість 4 ядер водню в кінці реакції з'явилося нове ядро ​​гелію і два зайвих позитивних заряду.
Усередині всіх зірок наявні запаси водню шляхом таких реакцій перетворюються в гелій, тут відбувається ускладнення ядер. З найбільш простих ядер водню утворюється наступний елемент - гелій. Кількість енергії, яка при цьому виділяється, як показує розрахунок, якраз відповідає тій енергії, яка випромінюється зіркою. Тому зірки не охолоджуються. Вони весь час поповнюють запас енергії, звичайно, до тих нір, поки є запас водню.
У розпаді урану ми маємо справу з розвалом важких ядер і перетворенням їх у набагато легші.
У кругообігу явищ природи ми бачимо, таким чином, два крайніх ланки - найважчі розвалюються, найлегші з'єднуються, звичайно, в зовсім різних умовах.
Тут ми зробили перший крок у напрямку до про блем еволюції елементів.
Ви бачите, що замість теплової смерті, яку пророкувала фізика минулого століття, пророкувала, як вказував Енгельс, без достатніх підстав, на основі законів одних теплових явищ, через 80 років виявилися набагато більш потужні процеси, які вказують нам на якийсь кругообіг енергії в природі, на те, що в одних місцях йде ускладнення, а в інших місцях розпад речовини.
Дозвольте тепер від атомного ядра перейти до його оболонці, а потім і до великих тіл, що складається з величезного числа атомів.
Коли вперше дізналися, що атом складається з ядра р електронів, то електрони представлялися найелементарнішими, найпростішими з усіх 'утворень. Це були негативні електричні заряди, маса і заряд яких були відомі. Зазначимо, що маса означає не кількість речовини, а кількість енергії, якої речовина володіє.
Так ось, ми знали заряд електрона, знали його масу, і, оскільки більше нічого про нього не знали, здавалося, більше нічого і знати. Щоб приписати йому розподілену форму, кубічну, витягнуту або плоску, потрібно було мати якісь підстави, але підстав ніяких не було. Тому (його вважали кулькою розміром в 2 · 10 »'2 см. Неясно було тільки, як цей заряд розташований: на поверхні кульки чи заповнює його обсяг?
Коли насправді в атомі впритул зустрілися з електронами і почали вивчати їхні властивості, ця видима простота почала зникати.
Всі ми читали чудову книгу Леніна «Матеріалізм і емпіріокритицизм», написану в 1908 р., тобто в той період, коли електрони здавалися найпростішими і далі неподільними елементарними зарядами. Тоді ще Ленін вказував, що електрон не може бути останнім етаном в нашому пізнанні природи, що і в електроні з часом відкриється нове різноманіття, нам ще тоді невідоме. Це пророцтво, як і всі інші прогнози, зроблені В.І. Леніним у цій чудовій книзі, вже справдилося. У електрона був виявлений магнітний момент. Виявилося, що електрон не тільки заряд, але і магніт. У нього був виявлений і обертальний момент, так званий спін. Далі, виявилося, що хоча електрон і рухається навколо ядра, як планети навколо Сонця, але на відміну від планет може рухатися тільки по цілком певним квантовим орбітах, може мати цілком певними енергіями і ніякими проміжними.
Це виявилося результатом того, що сам рух електронів в атомі дуже віддалено нагадує рух кульки по орбіті. Закони руху електронів ближче підходять до законів поширення хвиль, наприклад світлових хвиль.
Рух електронів, виявляється, підпорядковується законам хвильового руху, які становлять зміст хвильової механіки. Вона охоплює не тільки рух електронів, з і всяких досить малих часток.
Ми вже бачили, що електрон з маленькою масою маже перетворюватися на мезон з масою, в 200 разів більшою, і, навпаки, мезон розпадається і з'являється електрон з масою, у 200 разів меншою. Ви бачите, що простота електрона зникла.
Якщо електрон може перебувати у двох станах: з малої і з великою енергією, значить, це не така вже й проста тіло. Отже, простота електрона в 1908 р. була простотою здається, що відображала неповноту наших знань. Це цікаво, як один з прикладів блискучого передбачення правильної наукової філософії, висловленого таким чудовим майстром, які володіли діалектичним методом, як Ленін.
Але чи мають закони руху електронів в атомі розміром у 100-мільйонну частку сантиметра практичне значення?
На це відповідає створена за останні роки електронна оптика. Так як рух електроном відбувається за законами поширення світлових хвиль, то потоки електронів повинні розвиватися приблизно так само, як промені світла. І дійсно, такі властивості у електромережі були виявлені.
На цьому шляху за останні роки вдалося вирішити дуже важливу практичну задачу - створити електронний мікроскоп. Оптичний мікроскоп дав людині величезної важливості результат. Досить нагадати, що всі вчення про мікроби і про хвороби, що викликаються ними, всі методи їх лікування побудовані на тих фактах, які вдається спостерігати в мікроскопі. За останні роки з'явилася низка підстав думати, що мікробами не обмежується органічний світ, що є якісь живі освіти, розміри яких набагато менше, ніж мікроби. І ось тут-то ми і натрапили, здавалося б, па нездоланну перешкоду.
Мікроскоп користується світловими хвилями. За допомогою ж світлових хвиль, якою б системою лінз ми не користувалися, не можна вивчати об'єкти, у багато разів менші світлової хвилі.
Довжина хвилі світла - величина дуже невелика, вимірювана десятими частками мікрона. Мікрон - це тисячна частка міліметра. Значить, величини в 0.0002 - 0.0003 мм в хороший мікроскоп можна бачити, але ще більш дрібні вже бачити не можна. Мікроскоп тут не потрібен і але тільки тому, що ми не вміємо виготовляти хороших мікроскопів, а тому, що така природа світла.
Який леї тут вихід? Потрібен світло з меншою довжиною хвилі. Чим менше довжина хвилі, тим більше дрібні предмети ми можемо розглядати. Цілий ряд підстав змушував думати, що існують дрібні організми, недоступні мікроскопу і тим не менш мають велике значення в рослинному і тваринному світі, викликають ряд хвороб. Це так звані віруси, фільтрівні і нефільтрующіеся. Світловими хвилями їх але вдавалося виявити.
Потоки електронів нагадують собою світлові хвилі. Їх так само можна концентрувати, як світлові промені, і створювати повне подобу оптики. Її називають електронної оптикою. Зокрема, можна здійснити і електронний мікроскоп, тобто такий же прилад, який буде створювати за допомогою електронів сильно збільшене зображення дрібних предметів. Роль стекол будуть виконувати електричні і магнітні поля, які діють на рух електронів, як лінза на світлові промені. Але довжина електронних хвиль в 100 разів менше, ніж світлових, і, отже, за допомогою електронного мікроскопа можна бачити тіла, в 100 разів менші, не в 10-тисячну частку міліметра, а в мільйонну частку міліметра, а мільйонна частка міліметра - це вже розмір великих молекул.
Друга відмінність полягає в тому, що світло ми бачимо оком, а електрон бачити не можна. Але це не такий великий дефект. Якщо електрони ми не бачимо, то місця, на які вони потрапляють, можна бачити добре. Вони викликають світіння екрана або почорніння фотографічної пластинки, і ми можемо вивчати фотографію предмета. Електронний мікроскоп був побудований, і ми отримали мікроскоп зі збільшенням вже не в 2000-3000, а в 150-200 тисяч разів, відзначає предмети в 100 разів менше тих, які доступні оптичному мікроскопу. Віруси з гіпотези відразу перетворилися на факт. Можна вивчати їх поведінку. Можна бачити навіть обрис складних молекул. Таким чином, ми отримали нове потужне знаряддя дослідження природи.
Відомо, як величезна була роль мікроскопа в біології, в хімії, в медицині. Поява нового знаряддя, можливо, викличе ще більш значний крок вперед і відкриє перед нами нові, невідомі раніше області. Що буде відкрито в цьому світі мільйонних часток міліметра, передбачити важко, але можна думати, що це - новий етап природознавства, електротехніки та багатьох інших областей знання.
Як бачите, від питань хвильової теорії матерії з її дивними, незвичними положеннями ми швидко перейшли до реальних і практично важливих результатів.
Електронна оптика використовується не тільки для створення мікроскопа нового типу. Значення її зростає надзвичайно швидко. Однак я обмежуся тільки розглядом прикладу її застосування.
Так як я кажу про найбільш сучасних проблемах фізики, я не буду викладати теорію атома, яка була завершена в 1930 р.: це, швидше, проблема вчорашнього дня.
Нас цікавить зараз, як атоми з'єднуються, утворюючи фізичні тіла, які можна зважити на терезах, можна відчути їх теплоту, розміри або твердість і з якими ми маємо справу в житті, в техніці р т.д.
Яким же чином властивості атомів проявляються у твердих тілах? Перш за все, виявляється, що квантові закони, які були виявлені в окремих атомах, зберігають повну свою придатність і до цілих тіл. Як в окремих атомах, так і в цілому тілі електрони займають лише цілком певні положення, володіють лише деякими, цілком певними енергіями.
Електрон в атомі може перебувати тільки в певному стані руху, і, більше того, в кожному такому стані може бути тільки один електрон. Не може бути в атомі двох електронів, які знаходяться в однакових станах. Це теж одне з основних положень теорії атома.
Так ось, коли атоми з'єднуються в величезних кількостях, утворюючи тверде тіло - кристал, то і в таких великих тілах не може бути двох електронів, які займали б одне і те ж стан.
Якщо число станів, доступних електронам, якраз дорівнює числу електронів, тоді кожний стан зайнято одним електроном і вільних станів не залишається. У такому тілі електрони виявляються пов'язаними. Для того щоб вони почали рухатися в певний бік, створюючи потік електрики, або електричний струм, щоб, іншими словами, тіло проводило електричний струм, необхідно, щоб електрони змінили свій стан. Раніше вони рухалися вправо, а тепер повинні рухатися, наприклад, вліво; під дією електричних сил повинна зрости енергія. Отже, стан руху електрона має змінитися, а для цією потрібно перейти в друюе стан, відмінний від колишнього, але це неможливо, так як всі стани вже зайняті. Такі тіла ніяких електричних властивостей не виявляють. Це - ізолятори, в яких не може бути струму незважаючи на те, що є колосальна кількість електронів.
Візьміть інший випадок. Число вільних місць набагато більше, ніж число електронів, які перебувають. Тоді електрони вільні. Електрони в такому тілі, хоча їх і не більше, ніж в ізоляторі, можуть змінювати свої статки, вільно рухатися вправо або вліво, збільшувати або зменшувати свою енергію і т.д. Такі тіла - метали.
Таким чином, ми отримуємо дуже просте визначення того, як тіло проводять електричний струм, які є ізоляторами. Це відмінність охоплює всі фізичні і фізико-хімічні властивості твердого тіла.
У металі енергія вільних електронів переважає над тепловою енергією його атомів. Електрони прагнуть перейти в стан з найменшою можливою енергією. Цим і визначаються всі властивості металу.
Освіта хімічних сполук, наприклад водяної пари з водню і кисню, відбувається в суворо визначених співвідношеннях, що визначаються валентністю, - один атом кисню з'єднується з двома атомами водню, дві валентності атома кисню насичуються двома валентностями двох атомів водню.
Але в металі справа йде по-іншому. Сплави двох металів утворюють сполуки не тоді, коли кількості їх перебувають у відношенні їх валентностей, а тоді, наприклад, коли відношення числа електронів в даному металі до числа атомів в цьому металі одно 21:13. Нічого схожого на валентність в цих з'єднаннях немає; сполуки утворюються тоді, коли електрони отримують найменшу енергію, так що хімічні сполуки в металах в набагато більшій мірі визначаються станом електронів, ніж силами валентності атомів. Абсолютно так само стан електронів визначає всі пружні властивості, міцність і оптику металу.
Крім двох крайніх випадків: металів, всі електрони яких вільні, і ізоляторів, в яких всі стани заповнені електронами і ніяких змін у їх розподілі не спостерігається, існує ще величезна різноманіття тіл, які не так добре проводять електричний струм, як метал, але і не цілком його не проводять. Це - напівпровідники.
Напівпровідники - вельми обширна і різноманітна область речовин. Вся неорганічна частина навколишньої природи, всі мінерали, все це - напівпровідники.
Як же сталося, що вся ця величезна область знання до цих пір ніким не вивчалася? Всього 10 років, як стали займатися напівпровідниками. Чому? Тому, головним чином, що вони не мали застосування в техніці. Але приблизно 10 років тому вперше в електротехніку увійшли напівпровідники, і з тих пір вони з надзвичайною швидкістю почали застосовуватися в найрізноманітніших галузях електротехніки.
Розуміння напівпровідників цілком будується на тій самій квантової теорії, яка виявилася настільки плідної при вивченні окремого атома.
Дозвольте зупинити вашу увагу на одну цікаву осторонь цих матеріалів. Раніше тверде тіло уявлялося в такому вигляді. Атоми з'єднуються в одну систему, з'єднуються не абияк, а кожен атом з сусіднім атомом поєднується в таких положеннях, на таких відстанях, при яких їх енергія стала б найменшою.
Якщо це вірно для одного атома, то це вірно для всіх інших. Тому все тіло в цілому багато разів повторює одні й ті ж розташування атомів на строго певній відстані один від одного, так що виходить грати з правильно розташованих атомів. Виходить кристал, що володіє цілком визначеними гранями, певними кутами між гранями. Це - прояв внутрішнього порядку в розташуванні окремих атомів.
Однак ця картина є тільки наближеною. У дійсності тепловий рух і реальні умови росту кристалу призводять до того, що окремі атоми зриваються зі своїх місць на інші місця, частина атомів виходить назовні і видаляється в навколишнє середовище. Це - окремі порушення в окремих місцях, але вони призводять до важливих результатів.
Виявляється, досить збільшити кількість кисню, яка полягає в закису міді, або зменшити кількість міді на 1%, щоб електропровідність збільшилася в мільйон разів і різко змінилися б всі інші властивості. Таким чином, невеликі зміни в будові речовини тягнуть за собою величезні зміни в їх властивостях.
Природно, вивчивши це явище, можна скористатися ним, щоб свідомо змінювати напівпровідники в бажану для нас сторону, змінювати їх електропровідність, теплові, магнітні та інші властивості так, як потрібно для вирішення даної задачі.
На базі квантової теорії та вивчення як нашого лабораторного, так і виробничого досвіду заводів ми намагаємося вирішувати технічні завдання, пов'язані з напівпровідниками.
У техніці напівпровідники отримали перше застосування у випрямлячах змінного струму. Якщо мідну пластинку окислити при високій температурі, створивши на ній закис міді, то така платівка має дуже цікавими властивостями. При проходженні струму в одному напрямку опір її невелика, виходить значний струм. При проходженні ж струму у зворотному напрямку вона створює величезне опір, і струм у зворотному напрямку виявляється мізерно малий.
Це властивість було використано американським інженером Грондалем для того, щоб «випрямити» змінний струм. Змінний струм 100 разів на секунду міняє свій напрямок; якщо поставити на шляху струму таку платівку, то помітний струм проходить тільки в одному напрямку. Це ми і називаємо випрямленням струму.
У Німеччині для цієї мети стали застосовувати залізні пластинки, покриті селеном. Результати, отримані в Америці та Німеччині, були відтворені в нас; була розроблена технологія заводського виготовлення всіх випрямлячів, якими користується американська і німецька промисловість. Але, звичайно, основне завдання полягало не в цьому. Потрібно було, використавши наші знання напівпровідників, спробувати створювати кращі випрямлячі.
Це нам до певної міри вдалося. Б.В. Курчатов і Ю.А. Дунаєв зуміли створити новий випрямляч, який йде значно далі, ніж те, що відомо в закордонній техніці. Випрямляч з закису міді, що представляє собою пластинку шириною приблизно 80 мм і довжиною 200 мм, випрямляє струми порядку 10-15 А.
Мідь - дорогий і дефіцитний матеріал, а тим часом для випрямлячів потрібно багато і багато тонни міді.
Випрямляч Курчатова - невелика алюмінієва чашечка, в яку насипається півграму сірчистої міді і яка закривається металевою пробкою із слюдяною ізоляцією. Ось і все. Такий випрямляч не треба гріти в печах, і він випрямляє струми порядку 60 А. Легкість, зручність і дешевизна дають йому перевагу перед типами, існуючими за кордоном.
У 1932 р. Ланге в Німеччині зауважив, що та ж сама закис міді має властивість створювати при висвітленні електричний струм. Це твердий фотоелемент. Він на відміну від інших створює струм без всяких батарей. Таким чином, ми отримуємо електричну енергію за рахунок світловий - светоелектріческую машину, але кількість одержуваної електроенергії дуже мало. У цих фотоелементах тільки 0.01-0.02% світлової енергії перетворюється в енергію електричного струму, але все-таки Ланге побудував маленький моторчик, який крутиться, якщо нею виставити на сонці.
Через кілька років у Німеччині був отриманий селеновий фотоелемент, який дає приблизно в 3-4 рази більше струму, ніж мідно-закисной, і коефіцієнт корисної дії якого досягає 0.1%.
Ми спробували побудувати ще більш досконалий фотоелемент, який і вдалося здійснити Б.Т. Коломійцю й Ю.П. Маслаковцу. Їх фотоелемент дає струм в 60 разів більше, ніж мідно-закисной, і в 15-20 разів більше, ніж селеновий. Він цікавий ще в тому відношенні, що дає струм від невидимих ​​інфрачервоних променів. Чутливість його настільки велика, що його виявилося зручним застосувати для звукового кіно замість тих видів фотоелементів, які застосовувалися до цих пір.
В існуючих фотоелементах є батарея, яка створює струм і без освітлення; це викликає у гучномовці часте потріскування і шуми, що псують якість звуку. Наш же фотоелемент ніякої батареї не вимагає, електрорушійну силу створює освітлення; якщо немає світла, то і току нізвідки взятися. Тому звукоустановкі, що працюють на цих фотоелементах, дають чистий звук. Установка зручна і в інших відносинах. Так як немає батареї, то не треба підводити дроти, відпадає ряд додаткових пристроїв, фотокаскад посилення і т.д.
Мабуть, для кіно ці фотоелементи представляють деякі переваги. Приблизно рік, як така установка працює в показовому театрі в Ленінградському Будинку кіно, а зараз, слідом за цим, головні кінотеатри на Невському проспекті - «Титан», «Жовтень», «Аврора» переходять на ці фотоелементи.
Дозвольте до цих двох прикладів приєднати третій, ще зовсім не закінчений, - це використання напівпровідників для термоелементів.
Термоелементами ми користуємося давно. Їх виготовляють з металів для вимірювання температури і променевої енергії світяться або нагрітих тіл; але звичайно струми від цих термоелементів надзвичайно слабкі, їх вимірюють гальванометра. Напівпровідники дають набагато більшу ЕРС, ніж звичайні метали, і тому представляють для термоелементів особливі переваги, далеко ще невикористані.
Ми зараз намагаємося застосовувати досліджувані нами напівпровідники для термоелементів і досягли деяких успіхів. Якщо нагріти одну сторону виготовленої нами невеликий пластинки на 300-400 °, то вона дає струм порядку 50 А та напругу близько 0,1 В.
Давно відомо, що від термоелементів можна отримувати і великі струми, але в порівнянні з тим, що вдалося досягти в цьому напрямку за кордоном, у Німеччині наприклад, наші напівпровідники дають значно більше.
Цими трьома прикладами не обмежується технічне значення напівпровідників. Напівпровідники являють собою основні матеріали, на яких будується автоматика, сигналізація, телекерування і т.д. Разом зі зростанням автоматики ростуть і різноманітні застосування напівпровідників. Проте і з цих трьох прикладів, мені здається, можна бачити, що розвиток теорії виявляється надзвичайно сприятливим для практики.
Але і теорія отримала таке значний розвиток тільки тому, що ми її розвивали на грунті вирішення практичних завдань, крокуючи в ногу з заводами. Величезний масштаб технічного виробництва, невідкладні потреби, які висуває виробництво, надзвичайно стимулюють теоретичну роботу, змушуючи у що б то не стало виходити зі скрути і вирішувати завдання, які без цього, ймовірно, були б залишені.
Якщо перед нами немає технічної задачі, ми, вивчаючи зацікавило нас фізичне явище, намагаємося в ньому розібратися, перевіряючи свої уявлення лабораторними дослідами; при цьому іноді вдається знайти правильні рішення і переконатися в тому, що вони вірні. Тоді ми друкуємо наукову роботу, вважаючи своє завдання закінченою. Якщо? ке теорія не виправдовується або виявляються нові явища, в неї не укладаються, ми намагаємося розвинути і видозмінити теорію. Не завжди вдається охопити всю сукупність дослідного матеріалу. Тоді ми вважаємо роботу невдалої і не публікуємо свої дослідження. Часто, однак, у цих незрозумілих нами явищах і лежить щось нове, що не вкладається в теорію, що вимагає відмови від неї і заміни зовсім іншим підходом до питання і іншої теорії.
Масове виробництво не терпить недоліків. Помилка зараз же позначиться на появі капризів у виробництві. Поки яка-небудь сторона справи не зрозуміла, технічний продукт нікуди не годиться, його не можна випускати. Ми будь-що-будь повинні дізнатися про все, охопити і ті процеси, які не знайшли ще пояснення у фізичній теорії. Ми не можемо зупинитися, поки не знайдемо пояснення, а тоді перед нами закінчена, набагато більш глибока теорія.
Для поєднання теорії та практики, для розквіту науки ніде немає таких сприятливих умов, як у першій країні соціалізму.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Реферат
101.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Розвиток сучасної фізики в 1932 - 1954 рр.
Сучасні проблеми квантової фізики
Історичні проблеми фізики Сила маса інерціальна система відліку
Методика викладання фізики Завдання з фізики
Проблеми сучасної Австрії
Проблеми сучасної біоетики
Проблеми сучасної інфляції
Проблеми сучасної світової економіки
Геополітичні проблеми сучасної Африки
© Усі права захищені
написати до нас