Покоренный электрон

Провод от плюса батареи присоединили через гальванометр к сплошному кружку, а провод от минуса батареи — к сетчатому.

Оба кружка служили в приборе Столетова электродами, такими же, как и в катодной трубке, но только они не были заключены в стеклянный футляр, а располагались на открытом воздухе.

При потушенном фонаре ток через прибор не шел, потому что сетчатый электрод нигде не касался цинкового: цепь была разорвана воздушным промежутком между кружками, и стрелка гальванометра стояла на нуле.

По знаку Столетова Усагин включил фонарь. Зашипела дуга. Сильный, резкий луч яркого белого света упал на электроды. Столетов настороженно следил за гальванометром. Стрелка прибора как будто бы чуть-чуть шевельнулась, но так незначительно, так незаметно, что ее легкое колебание никак нельзя было считать предвестником удачи.

Такое поведение стрелки не обескуражило Столетова. Он поменял местами провода от батареи: отрицательный присоединил к сплошному кружку, а положительный — к сетчатому.

Снова Усагин включил фонарь. И в то же мгновение стрелка гальванометра дрогнула и отошла от нуля. Ток пошел! Воздушный промежуток между электродами перестал быть преградой.

26 февраля 1888 года Столетов отметил в лабораторном журнале первый успех.

Столетов спрашивал себя: в чем сущность этого явления? Быть может, свет, изменяя свойства воздуха, делает его проводником электрического тока? Это предположение Столетов отверг. Оно неверно. Когда плюс батареи был соединен с цинковым кружком, а минус с сетчатым — ток не шел, хотя воздушный промежуток был освещен. Значит, дело не в изменении свойств воздуха.

Столетов проверил свой вывод. Он повернул оба кружка ребром к фонарю. Теперь луч света скользил вдоль кружков, пронизывал воздушный промежуток, только слегка задевая электроды. Стрелка гальванометра оставалась на нуле. Тока не было.

Значит, причину явления следует искать в том действии, которое оказывает свет именно на электроды? Хорошо. Но на какой из них? Электродов два — сетчатый и сплошной. Может быть, свет «сдувает» электрические заряды с сетки и гонит их на цинковый кружок?

Сомнительно! Редкой сетке из тонкой проволоки достается слишком мало лучей, почти весь световой поток свободно проходит сквозь нее и падает на цинковый электрод. Ему достается подавляющее количество света. Именно в нем надо искать причину явления.

Все явление протекало так, как будто свет «вышибал» отрицательные заряды из цинковой пластинки, а затем они притягивались к положительно заряженной сетке.

Столетов записал свои выводы так: «Лучи вольтовой дуги, падая на поверхность отрицательно-заряженного тела, уносят с него заряд. Это действие лучей сказывается исключительно на отрицательно заряженной пластинке. Положительный заряд лучами не уносится».

Опять непонятная закономерность

Для серии новых опытов Усагин, по указанию Столетова, вырезал из плотного картона диск с семью круглыми одинаковыми отверстиями.

Усагин укрепил этот диск на оси так, чтобы его можно было вращать перед отверстием (оправой объектива) фонаря с нужной для опыта скоростью. Вращаясь, диск попеременно то открывал, то закрывал доступ свету из фонаря к цинковому электроду.

В то время, когда Усагин вращал картонный диск, Столетов следил за стрелкой гальванометра. Свет фонаря прорывался сквозь отверстия диска отдельными короткими порциями. При каждом воздействии светового луча, стрелка гальванометра совершала резкий скачок в сторону. Стремительность колебаний стрелки показывала, что ток в цепи прибора возникает мгновенно.

Ускоряя и замедляя скорость вращения картонного диска, Столетов установил, что никакой задержки или промедления в образовании тока не происходит: свет вспыхивает — ток возникает.

Хотя одно из явлений служит причиной, а другое — следствием, промежуток времени между ними был ничтожно мал. Можно считать, что свет и ток возникают одновременно.

Столетову удалось установить этот факт с точностью до одной тысячной доли секунды. Советские ученые, повторившие опыты Столетова с более совершенной и точной аппаратурой, доказали, что между вспышкой света и образованием тока в приборе не проходит даже одной трехмиллионной доли секунды.

Поразительное свойство прибора Столетова мгновенно отзываться на свет позволило в наши дни создать звуковое кино, читающие станки, «говорящие» часы и другие замечательные устройства.

Результаты своих дальнейших исследований Столетов записал в лабораторном журнале: «разряжающим действием обладают главным образом ультрафиолетовые лучи».

В этом Столетов убеждался неоднократно; достаточно было перегородить луч света от фонаря обыкновенной стеклянной пластинкой, и ток в приборе мгновенно прекращался. Самый сильный видимый свет не мог заменить даже слабого потока ультрафиолетовых лучей. Электрические заряды цинкового кружка были нечувствительны к лучам видимого света даже при большой их энергии.

Такая зависимость электрических зарядов, находящихся в цинковой пластинке, от лучей только определенного рода, показалась ученым очень важным признаком, теснейшим образом связанным со свойствами света и электричества.

Продолжая опыты, Столетов сделал еще одно наблюдение: та часто лучей, которая отражается цинковой пластинкой, никакого действия не производит. Важна только та часть, которая поглощается пластинкой, и чем больше поглощено ультрафиолетовых лучей, тем сильнее ток.

Эти закономерности удалось объяснить только много позже.

Но уже во времена Столетова его опыты над «распылением» электричества, как он сам выражался, подтверждали мысль о существовании элементарных отрицательных зарядов — частичек электричества. Действительно, опыты Столетова легче всего объяснялись предположением (потом подтвердившимся), что свет выбивает из металлов отдельные электроны.

Электроны вылетают из атомов

В 90-х годах прошлого столетия в биографии электрона оказались записанными ответы на три анкетных вопроса: «имя», «масса» и «заряд». Однако сведения, занесенные в две последние графы, не заслуживали безусловного доверия, их следовало подтвердить непосредственными лабораторными измерениями. Но должно было пройти почти пятнадцать лет, прежде чем нашли способ, как определить опытным путем точные значения массы и заряда электрона.

За этот промежуток времени ученые, продолжая исследовать мир предельно малых частиц, сумели приобрести сведения и для четвертой графы анкеты: «местожительство».

В 1896 году были впервые замечены явления радиоактивности урана, способность его испускать невидимые лучи. Три года спустя знаменитый физик Мария Склодовская-Кюри, совместно со своим мужем Пьером Кюри, нашла новые радиоактивные, то есть излучающие элементы. Радиоактивными оказались кроме урана: полоний, радий, торий.

Уран и торий были известны и ранее, а радий и полоний были открыты Склодовской-Кюри, которая выделила их из урановой руды.

Радиоактивные вещества привлекали внимание физиков своими необычайными, поистине волшебными свойствами. В присутствии радия драгоценные камни даже в полной темноте начинают сверкать и искриться, а краски, изготовленные с примесью сернистого цинка, излучают лунное зеленоватое свечение. Стекло пробирки с радием со временем меняет окраску и приобретает фиолетовый оттенок. Электрические машины в присутствии радия перестают действовать, так как воздух под влиянием лучей радия становится проводником электричества. Прикосновение пробирки с радием к коже вызывает тяжелые трудно заживляемые ожоги.

Радий портит фотографические пластинки, упакованные даже не в картонные, а в металлические коробки.

Самые обычные вещества, соприкасавшиеся с радием в свою очередь становятся радиоактивными. Лучи радиоактивных веществ проходят сквозь стекло и металлы (рис. 38).