Валентин Азерников - Физика. Великие открытия

Рнс. 30. Трубки Гайслера, действие которых обусловлено поведением пучков электронов в почти полном вакууме, существовали задолго до того, как была раскрыта природа катодных лучей. Исследования этих лучей — прежде всего английским физиком Дж. Дж. Томсоном — сыграли решающую роль в понимании структуры атома и позволили найти отношение заряда электрона к его массе.

Рис. 31. Резерфорд показал, что радиоактивное излучение радия неоднородно. Пол действием магнитного поля оно разделяется на три пучка. Один из них не изменяет своего первоначального направления — это γ-лучи (электромагнитное излучение, сходное с рентгеновскими лучами), другие отклоняются в противоположные стороны — это α-лучи (положительно заряженные атомы гелия) и β-лучи (поток быстро движущихся электронов).

Рис. 32. Эта первая металлография — отпечаток контуров мальтийского креста, — полученная с помощью гамма-лучей, доказывает явление радиоактивности.

Рис. 33. Анри Пуанкаре, поставивший перед Бёккерелем вопрос о том, является ли электромагнитным рентгеновское излучение.

Рис. 34. Благодаря Уильяму Круксу была создана первая модель катодной трубки, с помощью которой Рентген сделал свое открытие.

Рис. 35. 1914 гол: измерение радиоизлучений с помощью прибора (внизу), исследующего явление ионизации под воздействием радиоизлучений.

Рис. 36. Радиоактивные элементы, в особенности уран и радий, позволяют видеть сквозь предметы не хуже, чем это делают рентгеновские лучи.

Рис. 37. 1937 год: экспериментатор демонстрирует радиоактивность минеральной воды.

Рис. 38. Массу Земли W можно измерить с помощью весов с коромыслом. Первоначально массы m 1и m 2уравновешены (А), но затем массу m 1переносят на нижнюю чашу и ее вес увеличивается, ибо она становится ближе к Земле (Б). Чтобы восстановить равновесие, берут массу c(В). Используя большую массу M, за счет гравитационного притяжения вновь увеличивают вес массы m 1(Г). Равновесие удается восстановить с помощью массы n. Если R — радиус Земли, а d— расстояние между массами mи М, то, согласно закону тяготения Ньютона,

Плечи весов должны быть достаточно велики, чтобы можно было пренебречь воздействием массы M на все массы, кроме m 1.

Рис. 39. В 1798 г. Кавендиш измерил массу Земли с помощью круглых весов с кварцевой нитью, где два маленьких свинцовых шарика притягивались двумя большими свинцовыми шарами. Сила притяжения шаров друг к другу рассчитывалась по величине угла отклонения шариков. Сравнивая эту силу с гравитационным притяжением больших шаров к Земле (т. е. с их весом), Кавендиш нашел массу Земли.

Рис. 40. Электрон — основной носитель электричества. Он входит в состав любого атома. На рисунке изображена чрезвычайно упрошенная модель атома лития. Три электрона (красные) движутся вокруг ядра. Ядро состоит из более крупных частиц — протонов (голубые) и нейтронов (серые). Электрон обладает отрицательным элементарным зарядом. Поэтому заряды трех электронов и трех протонов полностью компенсируют друг друга, и атом в целом электрически нейтрален. В проводниках (к ним относится большинство металлов) внешняя электродвижущая сила (напряжение) заставляет электроны «дрейфовать» от одного атома к другому. Возникающий в результате поток электронов и образует электрический ток.

Рис. 41. Счетчик Гейгера (А) используют для обнаружения радиоактивного излучения Камера (I) заполнена при низком давлении неоном (Б). Атомы неона (серые) в камере ионизируются при попадании в них радиоактивных частиц (черные), образуя (В) положительные ноны (красные) и электроны (голубые). Электрическое поле (2) ускоряет заряженные частицы: они сталкиваются с другими атомами неона (Г), вызывая появление новых заряженных частиц.

Рис. 42. Работающее сердце создает слабые электрические импульсы, которые после соответствующего усиления можно наблюдать на экране электроннолучевого осциллографа. Эти импульсы записывают на электрокардиограмму (I). Запись электрических сигналов мозга даст электроэнцефалограмму (2).

Рис. 43. Частица высокой энергии, проходя через газ, выбивает электроны из нейтральных атомов (А) и оставляет за собой поток свободных электронов (голубые. Б). Если они обладают достаточной энергией, то сами выбивают электроны из атомов. Это явление используется в счетчике Гейгера (В, Г). Субатомные частицы попадают туда ускоренными и создают большой ток электронов, величина которого зависит от напряжения V между пластинами (Д). Ток регистрируется специальным измерительным прибором или оценивается по шуму, создаваемому им в наушниках. Величина этого тока характеризует радиоактивность источника.

Рис. 44. Схематичное изображение модели атома водорода, предложенное Нильсом Бором, по-прежнему используется в современной физике, хотя исходные идеи Вора претерпели существенное изменение в квантовой механике.