Рисунок 17 изображает в очень упрощённом, схематическом виде замечательный прибор, который решает задачу и даёт возможность «видеть в темноте».
Рис. 17. Упрощённая схема прибора, с помощью которого можно видеть в темноте.
Вы видите, что этот прибор представляет собой просто «стаканчик» с двумя плоскими донышками. Воздух из пространства между донышками откачан. На внутреннюю сторону нижнего, наружного, донышка нанесён тонкий слой вещества, «чувствующего» только инфракрасные лучи. Это — катод нашего прибора — фотоэлемента: из него под действием инфракрасных лучей вырываются электроны.
На внутреннюю сторону второго донышка нанесён слой особого вещества — люминофора, который обладает способностью светиться ярким зелёным светом, когда на него падают электроны, летящие с большой скоростью. Этот слой играет роль анода нашего фотоэлемента: он воспринимает электроны, вырванные из катода.
Как и всегда светочувствительный слой — катод — соединяют с отрицательным полюсом батареи, а анод — с её положительным полюсом. Однако в отличие от обычных фотоэлементов, в которых напряжение между катодом и анодом составляет несколько десятков или две-три сотни вольт, здесь применяют напряжение в несколько тысяч или даже десятков тысяч вольт, так что электроны летят к аноду с огромными скоростями.
Перед «стаканчиком» помещают объектив, подобный объективу обычного фотоаппарата или бинокля. Этот объектив создаёт на светочувствительной поверхности наружного донышка изображение тех предметов, которые мы рассматриваем. Но так как мы осветили наш предмет только невидимыми, инфракрасными лучами, то понятно, что изображение это на катоде тоже невидимое — невооружённым глазом мы его не видим. Однако оно существует, и количество электронов, вырываемых из того или иного места катода, будет тем больше, чем сильнее освещено инфракрасными лучами это место. В «светлых» (по отношению к инфракрасным лучам) местах изображения поток электронов, летящих к аноду, будет обильнее, чем в местах «тёмных». Попадая на слой люминофора, эти электроны вызывают его свечение, которое, естественно, будет тем сильнее, чем больше электронов попадёт в данное место слоя.
Таким образом, те места люминофорного слоя, которые находятся против сильно освещённых инфракрасными лучами мест катода, будут светиться сильно, а те места, которые находятся против более «тёмных» мест изображения, будут светиться слабее. Иными словами, невидимое изображение, создаваемое на переднем донышке прибора инфракрасными лучами, превращается в видимое изображение на его заднем донышке!
Такие приборы найдут себе широкое применение не только в военной технике, по и в мирной жизни.
Почему в «ночных биноклях» используются инфракрасные лучи? Нельзя ли использовать и другие невидимые лучи, скажем ультрафиолетовые?
Можно. Можно устроить прибор, с помощью которого вы будете видеть и в ультрафиолетовых лучах. Однако такой «бинокль» будет много хуже — вы увидите хорошо через него только те предметы, которые находятся лишь на близком расстоянии от вас; более далёкие предметы видны не будут. Объясняется это тем, что ультрафиолетовые лучи в сильной степени поглощаются воздухом, а особенно пылью и туманом. Наоборот, для инфракрасных лучей пыль и туман прозрачны.
4. Световой телефон и «говорящие» буквы
Уже много веков назад человек использовал свет для передачи различных сведений на расстояние. Так, запорожцы яркими кострами предупреждали жителей окружающих селений о нашествии врагов. Позднее строились высокие башни, с которых передавались на далёкие расстояния условные световые сигналы; при этом различные сигналы обозначали различные слова и фразы. Таким путём — можно было вести несложный разговор. Было много и других попыток использования света для целей телефонии. Но совершенный световой телефон был сконструирован только после изобретения «электрических глаз». Вот каким образом устроен световой телефон.
Вы говорите перед микрофоном на передающей станции. Микрофон соединён с источником постоянного тока. Благодаря колебаниям мембраны микрофона в нём возникает пульсирующий ток. Колебания тока в точности соответствуют звуковым колебаниям. Этот ток усиливается и поступает в дуговую лампу. Возникающий в лампе свет переменной яркости отражается вогнутым зеркалом и прямолинейным пучком направляется на приёмную станцию. Колебания силы света соответствуют колебаниям звуковой волны.
На приёмной станции свет принимается также на вогнутое зеркало (его форма совпадает с особой кривой — параболой), отражается этим зеркалом и падает на фотоэлемент. Фотоэлемент соединён с электрической батареей и телефоном. Благодаря падающему свету переменной силы в фотоэлементе возникает пульсирующий ток. Этот ток воздействует на мембрану телефона, и человек слышит слова, произносимые вами на передающей станции.
Так осуществляется разговор с помощью света на большое расстояние.
Ещё более интересно применение фотоэлементов в «читающих» машинах для слепых. Эта машина устроена таким образом, что при «чтении» книги буквы «говорят» — каждая буква издаёт свой особый звук!
Каким образом это делается?
Из машины на строку открытой книги направляются четыре тонких световых пучка. Они ведутся вдоль строчки так, что покрывают как раз все буквы по высоте. Отражённый от книги свет падает на фотоэлемент. Возникающие токи усиливаются и подводятся к телефону. Так как каждый из четырёх пучков света, проходя различные буквы, встречает на своём пути чёрные участки букв не в одно и то же время с другими пучками, то ясно, что при прохождении разных букв в телефоне будут слышны различные по тону и продолжительности звуки (помните, что свет по-разному отражается от чёрных и белых участков книги).
По характеру звуков слепой и узнаёт отдельные буквы.
«Читающей» машиной можно «читать» обыкновенный книжный шрифт!
Первые совершенные типы таких машин были созданы русскими изобретателями Тюриным и Б. Розингом ещё в начале XX века.
Позднее, в Институте экспериментальной медицины в Харькове, в 1929–1933 годах проф. И. А. Соколянский разработал ещё более интересную конструкцию «читающей» машины для слепоглухонемых; в ней буквы читаемой книги воспринимаются читателем на ощупь. Основной частью этой машины является также «электрический глаз».
5. Фотореле
Замечательную картину можно наблюдать в некоторых цехах наших передовых заводов. В них можно видеть длинную линию — «цепочку» сложнейших станков, которые «сами» производят обработку тех или иных изделий. В нужный момент станок включается, производит определённую операцию, меняет инструмент, снова работает, останавливается, передаёт изделие на следующий станок, а сам берётся за новое изделие и т. д. А люди? Людей почти не видно. Они наладили эту цепь «умных машин» — автоматов и лишь следят за их работой.
Каким образом работают подобные машины-автоматы?
Всякий автомат в нужный момент получает от какого-нибудь «чувствующего» устройства сигнал и по этому сигналу включает тот или иной «исполнительный» орган. В большинстве случаев и сигнал и средство исполнения являются электрическими.
Вот один из простых примеров. Работает токарный станок-самоход: когда суппорт с резцом доходит до определённого места, он нажимает кнопку и тем самым замыкает ток, даёт «сигнал».
По этому сигналу автоматически, без участия человека, останавливается один мотор или пускается в ход другой и т. п. Обычно электрический ток такого «сигнала» очень слаб, а «исполнительный» ток может быть уже очень сильным.
Приспособления или устройства, которые, получив слабые токи «сигнала», включают или выключают мощные «исполнительные» токи, называются реле.
Реле являются важнейшей составной частью всякого автоматического станка или машины. На рисунке 18 изображена схема устройства одного из наиболее простых типов реле.