Физика в технике - [15]
Конструкции из радиоволн, едва успев возникнуть, оказываются послушным и могущественным средством в руках человека, позволяющим успешно решать такие задачи, о которых нельзя было даже думать несколько десятилетий тому назад.
Другим важным применением высокочастотных электрических колебаний в технике является нагревание обрабатываемых изделий с помощью ультразвуковых паяльников и электромагнитных печей. Помещая обрабатываемую деталь в мощное электромагнитное поле, можно равномерно пропреть ее по всей толщине.
Приведем для пояснения хотя бы такой пример. Чтобы напреть до высокой температуры конец стального стержня, его вводят внутрь катушки (рис. 16), по обмотке которой пропускают переменный ток высокой частоты. Индукционные токи, возникающие в стержне, быстро нагревают до высокой температуры соответствующую часть стержня.
Таким образом, электромагнитные устройства могут не только управлять различными машинами, но и переносить энергию.
В настоящее время в промышленности применяют электромагнитные ускорители электронов и атомных ядер.
Электромагнитные ускорители преобразуют энергию электрического поля в энергию движения частиц почти без потерь. Это дает основание предполагать, что в будущем, при создании космических ракет, предназначенных для полетов за пределы солнечной системы, вместо тепловых ракетных двигателей будут применяться электромагнитные или электрические ускорители. Вещество, предназначенное для образования реактивной струи, например водород, будет сначала ионизироваться. Потом электроны и протоны будут ускоряться в двух отдельных, самостоятельно действующих ускорителях и выбрасываться в космическое пространство. Так как скорости выбрасывания частиц очень велики и могут достигать значений, близких к скорости света, то такие ракеты смогут набирать большие скорости, имея на борту небольшое количество отбрасываемой массы, заменяющей топливо. Таким образом, использование в технике современных достижений радиофизики и электроники открывает большие возможности.
Полупроводники и вычислительные машины
Вещества, которые по своей электропроводимости занимают промежуточное положение между проводниками и изоляторами, называют полупроводниками.
В отличие от проводников тока, где свободных электронов очень много, в полупроводниках их гораздо меньше.
Особенно интересные физические явления происходят в пограничном слое между двумя полупроводниками. Обычно, говоря о свойствах полупроводниковых устройств, имеют в виду свойства такого пограничного слоя.
При контакте двух полупроводников может быть создано устройство, хорошо проводящее ток в одном направлении и почти не проводящее его в обратном направлении. Это. свойство используют для выпрямления переменного тока.
Полупроводниковые устройства несколько иного типа, освещенные лучистой энергией (световыми, ультрафиолетовыми или инфракрасными лучами), могут служить источниками электрической энергии. В сельской местности широко применяют полупроводниковые преобразователи тепловой энергии в электрическую. Подобное устройство надевают на стекло керосиновой лампы и от него питают радиоприемник.
Воздействуя определенным образом на пограничный слой небольшим напряжением, можно широко изменять величину проходящего через полупроводник тока. Это свойство позволяет заменять громоздкие электронные радиолампы небольшими полупроводниками.
Такие полупроводники широко используют при создании современной электронной аппаратуры.
Различного рода полупроводниковые приборы, так или иначе управляющие электрическим током, лежат в основе разнообразных аппаратов, самыми простыми из которых являются радиоприемники и усилители.
Успехи в автоматической двусторонней радиосвязи с искусственными спутниками Земли и космическими ракетами стали возможными только благодаря полупроводниковым приборам.
Полупроводниковые приборы открыли широкие перспективы и перед электронными вычислительными машинами.
Электронные вычислительные машины представляют собой такие системы, в которых различного рода арифметические и логические действия с большой скоростью и точностью выполняются специальными схемами.
С помощью электронных вычислительных машин огромное количество задач, подлежащих расчетам, анализу и вычислениям, может быть сведено к простейшим логическим связям.
Подобные логические операции могут быть осуществлены с помощью так называемых устройств совпадения, различного рода триггерных схем (т. е. схем, обладающих двумя устойчивыми состояниями равновесия), инверторов, делительных цепей и т. д.
Так, например, используя электронную схему, в которой при наличии сигнала на ее входе выходной сигнал отсутствует и, наоборот, при отсутствии сигнала на входе выходной сигнал имеется (такая система называется инвертором), можно проводить операцию «да — нет».
Операция «или — или» может быть выполнена на так называемых разделительных цепях. В этом случае выходной сигнал будет возникать только тогда, когда хотя бы на одном из входов разделительной цепи есть входной сигнал.
Выполнение всевозможных арифметических действий (сложение, умножение и др.) может быть выполнено на триггерных схемах или на электронных логических схемах.
