Борис Фомин - Радиоэлектроника в нашей жизни
С помощью радиомикрометра, способного реагировать на ничтожно малые изменения размеров тел, изучают явления нагревания, намагничения и другие процессы. Современные электронные микрометры могут обнаруживать смещения в одну миллиардную долю миллиметра!
Для целого ряда физических исследований очень важно производить регулирование температуры с большой точностью. А для этого нужны точные измерители температуры. Электронные схемы измерения и регулирования температуры позволяют поддерживать ее постоянство с точностью свыше одной тысячной доли градуса.
Огромную помощь оказывают электронные приборы ученым, изучающим условия работы различных машин и механизмов. Здесь важно знать, какие механические усилия испытывают те или иные детали или узлы. Чтобы измерять усилия, к деталям и узлам пристраивают чувствительные устройства — «датчики», которые под действием механических усилий вырабатывают электрические сигналы. Чем большее усилие испытывает датчик, тем большей силы импульсы вырабатывает он. Импульсы от датчиков усиливаются ламповыми усилителями и подаются на стрелочные приборы.
Развитие радиоэлектронной техники явилось базой для создания приборов, использующих не радиоволны, а неслышимые звуки — ультразвуки[9]. В этих приборах радиоэлектронные схемы применяются для создания ультразвуковых волн.
В настоящее время с помощью ультразвуков определяют глубины морей, очищают и полируют поверхности металлических изделий, ускоряют химические реакции, затачивают резцы из сверхтвердых сплавов, режут листы металла и стекла и даже стирают белье. Большое значение имеют ультразвуковые дефектоскопы, впервые разработанные советским ученым С. Я. Соколовым. С помощью этих приборов можно в массивных металлических изделиях обнаружить мельчайшие дефекты: трещины, раковины, посторонние тела[10].
Наиболее ценен вклад радиоэлектроники в ядерную физику — науку, изучающую строение атомного ядра. Для исследований в этой области были созданы мощные физические установки — ускорители элементарных частиц (электронов, протонов и др.). При помощи ускорителей ученые осуществляют «стрельбу» по ядрам атомов различных веществ. Это позволяет расщеплять атомы, выделять огромную энергию, получать новые вещества.
Современный ускоритель — сложнейшее радиоэлектронное устройство[11]. Это — огромное сооружение, весящее десятки тысяч тонн. Ускорение элементарных частиц осуществляется в большой вакуумной камере, расположенной между полюсами гигантского электромагнита. На специальные электроды от генератора подается ускоряющее переменное напряжение. Оно, как и магнитное поле электромагнита, воздействует на частицу — «подталкивает» ее, увеличивает ее скорость. Благодаря этому двойному воздействию элементарная частица начинает двигаться по спирали и, разгоняясь, постепенно удаляется от центра вращения. Наступает момент, когда электромагнит уже не в состоянии удерживать частицу, и она устремляется наружу и поражает «цель».
Сейчас в различных странах используется несколько типов ускорителей элементарных частиц. Самыми мощными из них являются синхрофазотроны. В них изменяется не только частота переменного напряжения, подаваемого на электроды, но и величина магнитного поля. Это позволяет получить частицы с энергией в миллиарды электронвольт[12].
Крупнейшие установки для ускорения частиц высоких энергий открывают необозримые горизонты для развития ядерной физики. Самая мощная ускорительная установка — синхрофазотрон — построена в Советском Союзе. В этой установке за 3,3 секунды частицы делают внутри камеры четыре с половиной миллиона оборотов и проходят при этом путь в миллион километров, двигаясь почти со скоростью света. На синхрофазотроне удалось придать частицам энергию в 10 миллиардов электронвольт!
Управление работой всех составных частей современных ускорителей осуществляется автоматически при помощи сложных электронных приборов.
Без применения новейших достижений радиоэлектроники трудно себе представить возможность получения атомной энергии и использования ее для нужд человечества.
Электроника в биологии и в медицине
Электрической энергией можно воздействовать на живую ткань, замедлять или ускорять интенсивность тех или иных процессов, происходящих в организме.
На рис. 13 показан снимок с экрана сложного электронного прибора — катодного осциллографа, предназначенного для исследования различных электрических процессов.
Рис. 13. Электрический ток при раздражении нерва лягушки, зарегистрированный на экране осциллографа.
Прибор зарегистрировал появление тока, возникшего при раздражении нерва лягушки, причем продолжительность этого явления составляла всего 2–3 тысячных доли секунды.
Ученые широко используют подобные приборы, исследуя жизнедеятельность различных органов и тканей животных и человека. Поскольку электрические токи, возникающие в тканях организма, очень малы, для их усиления применяют радиоусилители.
Многие медицинские учреждения нашей страны имеют кабинеты радиотерапии — так называется новая отрасль медицины, использующая токи низкой и высокой частоты и радиоволны как лечебное средство.
С помощью токов низкой частоты можно заставить мышцы человека периодически сокращаться и расслабляться. Такая электрогимнастика очень полезна при лечении некоторых видов параличей, ожирения и т. д.
Импульсы токов низкой частоты, если воздействовать ими на кору головного мозга, могут вызвать искусственный сон. Лечение искусственным сном применяется для борьбы с такими заболеваниями, как гипертония, неврозы и др.
Широко используются в медицинской практике и токи высокой частоты. Эти токи вырабатываются ламповыми генераторами, схема которых подобна схемам генераторов в передатчиках. Для лечения используются колебания от 500 тысяч до 1 миллиона колебаний в секунду. Больного помещают внутрь огромной катушки индуктивности, либо прикладывают к различным участкам тела металлические электроды. Эти электроды не что иное, как пластины конденсатора, входящего в колебательный контур.
Токи высокой частоты широко применяются при лечении ран, ожогов, язв, при головных болях. Они используются для прогревания различных внутренних органов человека, позволяя быстрее излечивать воспаление легких, плеврит и другие простудные заболевания. Положительные результаты дало применение токов высокой частоты для лечения различных заболеваний сердца и органов пищеварения.
Интересны опыты по применению в медицинской практике импульсов высокой частоты. Их создают электронные устройства, напоминающие передатчики радиолокаторов. Генераторы импульсного тока успешно применяются при оживлении мнимоумерших, для создания искусственного дыхания и во многих других случаях.
Мы уже говорили о стерилизующем свойстве токов высокой частоты, используемом для обработки загрязненных продуктов в пищевой промышленности. Это свойство начинает применяться и в медицине, Инструмент и хирургические материалы подвергают обработке токами высокой частоты. Тем самым ликвидируют опасность заражения во время операции.
В медицине применяют и самые короткие радиоволны, имеющие длину менее 10 метров. Облучение ими используется при лечении фурункулеза, флегмоны и т. д.
Трудно рассказать о всем многообразии электронных приборов, используемых в медицине и в биологии. Среди них — устройства, позволяющие определять размеры внутренних органов человека и животных; приборы, дающие возможность наблюдать на экране трубки работу сердца непосредственно у постели больного, портативные усилительные аппараты, возвращающие слух тугоухим, и т. д.
АВТОМАТИКА И ТЕЛЕМЕХАНИКА
Корабль без рулевого
Радиоэлектронные устройства с успехом применяются для управления различными механизмами на расстоянии. Опыты в этом направлении стали проводиться вскоре после изобретения радио.
Расскажем коротко, как управляются по радио корабли.
Управление движением корабля, на котором нет команды, осуществляется с берега при помощи радиосигналов передатчика. На корабле эти сигналы принимаются приемником и после усиления воздействуют на электрический привод рулевого устройства. В качестве такого привода используется либо электродвигатель, либо мощный магнит.
Когда радиостанция посылает сигналы, электропривод на управляемом корабле включается, и руль поворачивается в нужную сторону. Прекратились сигналы — руль автоматически возвращается в первоначальное положение, и корабль движется по прямой.
