Установлено, что ряд металлов, их сплавов и некоторых химических соединений при сильном охлаждении утрачивает сопротивление электрическому току, становится сверхпроводником . К ним относятся, например, алюминий, свинец, цинк, уран, ртуть. Температуры, при которых наблюдается переход в сверхпроводящее состояние, колеблются в пределах примерно от 1 до 10 градусов абсолютной шкалы температур (нуль абсолютной шкалы соответствует температуре минус 273,16° С).

Физические явления, относящиеся к сверхпроводимости, еще окончательно не выяснены. Они зависят от особенностей кристаллической структуры проводников и связаны с уменьшением тепловых колебаний при понижении температуры, но бесспорными тщательными опытами подтверждено, что сопротивление материалов в сверхпроводящем состоянии равно нулю или во всяком случае чрезвычайно близко к нему. Ток, возбужденный в кольце из сверхпроводника, практически не уменьшается и циркулирует все время, пока поддерживается нужная температура.

Возможно ли сопротивление меньше нуля, т. е. сопротивление отрицательное? Попробуем рассмотреть этот вопрос с чисто физической точки зрения, ие вдаваясь в его

формально-теоретические математические аспекты.

В радиотехнике приходится встречаться с понятием отрицательного сопротивления.

Отрицательным сопротивлением объясняют известную особенность работы четырехэлектроднон лампы iwjj.od- I (тетрода) в динатронном режиме.

\*iiy Эта особенность заключается в том,

что при напряжениях на аноде, близких к напряжению на экранирующей сетке, повышение анодного напряжения вызывает не увеличение анодного тока лампы, а, наоборот, уменьшение его. По принятому толкованию действующее в цепи сопротивление является отрицательным.

В действительности это явление объясняется динатрон-ным эффектом. Электроны, образующие анодный ток, ударяясь об анод, выбивают из него другие электроны, которые называются вторичными. 42

j Io.u;=l

Вторичные электроны, получив в результате удара некоторый запас энергии, отлетают от анода по направлению к экранирующей сетке и могут настолько приблизиться к ней, что притягивающее действие экранирующей сетки превысит притягивающее действие анода. Поэтому такие электроны летят к экранирующей сетке, образуют в лампе ток, направленный навстречу основному анодному току, и уменьшают его. Действующий анодный ток равен разности двух указанных токов.

При увеличении анодного напряжения электроны с большей силой ударяются об анод и выбивают из него больше вто-)ичных электронов, вылетающих с увеличенной скоростью. Ъток вторичных электронов непропорционально возрастает- в итоге действующий анодный ток становится меньше.

При дальнейшем увеличении анодного напряжения явление прекращается, потому что выбитые из анода электроны снова притягиваются к нему и экранирующая сетка уже не может перехватить их.

Как видим, в данном случае нельзя усмотреть присутствия какого-либо сопротивления, обладающего необычным свойством. Суть явления заключается в возникновении второго потока электронов, направление которого противоположно направлению основного потока.

Не менее часто понятие отрицательного сопротивления используется для объяснения работы регенеративных приемников, гетеродинов и т. п.

Это объяснение сводится к тому, что обратная связь вносит в колебательный контур отрицательное сопротивление и этим уменьшает его положительное сопротивление - сопротивление потерь. Когда отрицательное сопротивление по величине становится равным положительному, действующее сопротивление контура делается равным нулю. При дальнейшем возрастании вносимого отрицательного сопротивления общее сопротивление контура становится отрицательным. Контур с отрицательным сопротивлением превращается в генератор и становится источником колебаний.

В этом случае тоже нельзя говорить об отрицательном Сопротивлении контура как о реально существующем. Сопротивление контура движению электрических зарядов остается неизменным при любом значении обратной связи.

Качающийся маятник, предоставленный самому себе, скоро остановится. Но мы можем сообщать маятнику толчки. Совпадающие по частоте и направлению с его колебаниями.

Интенсивность толчков можно подобрать так, что они будут как раз компенсировать действие всех сопротивлений (сопротивление воздуха, трение в точке подвеса и т. д.), и колебания маятника из затухающих превратятся в незатухающие. Увеличив еще более силу толчков, мы превратим колебания маятника в нарастающие (их амплитуда будет увеличиваться) и сможем заставить его совершать какую-нибудь работу. Та дополнительная энергия подталкивания, которая расходовалась бы на увеличение амплитуды колебаний маятника, будет теперь расходоваться на совершение работы, а амплитуда колебаний останется постоянной.

По аналогии с колебательным контуром и в этом случае можно было бы считать, что все сопротивления, тормозившие ранее движение маятника, стали отрицательными и не только не тормозят его, а, наоборот, подгоняют. Однако

мы знаем, что это не так: маятник, совершая ра-

боту, продолжает качаться только потому, что мы периодически пополняем толчками запас его энергии.

Подобным же образом пополняются потери энергии и в колебательном контуре. Поле катушки обратной связи, из.меняпсь в такт с электрическими колебаниями в контуре, поддерживает их, пополняя энергию, которая затрачивается на преодоление сопротивления контура и на излучение.

Понятие отрицательного сопротивления нередко привлекается для пояснения особенностей работы генерирующих кристаллических детекторов, к которым относится ряд детекторов от цинкитного детектора О. Лосева до современного германиевого диода, включая новейшие туннельные диоды. Генерирование таких детекторов объясняют наличием у их характеристики участка с отрицательным сопротивлением. При работе на таком участке характеристики увеличение текущего через детектор тока сопровождается не увеличением падения напряжения на детекторе, а уменьшением его.

Физические процессы, происходящие в детекторах подобного типа, полностью не прослежены, но ясно, что они вызывают в кристалле детектора (диода) возникновение дополнительного тока, по направлению совпадающего с основным. Например, в туннельном диоде при некоторых напряжениях ток растет значительно быстрее, чем в обычном диоде, из-за туннельного эффекта - прохода электронов, энергии которых недостаточно для преодоления потенциального барьера, сквозь некоторые туннели в этом барьере. При дальнейшем увеличении напряжения туннельный эффект уменьшается и затем исчезает совсем. Увеличение напряжения вследствие постепенного исчезновения туннельного эффекта на этом участке сопровождается уменьшением тока, а не увеличением его, как следовало бы. При более значительном увеличении напряжения работа туннельного диода не отличается от работы обычного диода. Поэтому на некотором участке его характеристики наблюдается уменьшение тока при увеличении напряжения.

Таким образом, сопротивление электрическому току может либо иметь какое-то определенное положительное значение, либо быгь равным нулю. Отрицательного сопротивления как физического свойства вещества не существует, хотя отдельные цепи в результате происходящих в них процессов могут вести себя так, как если бы их сопротивление было отрицательным. Однако при этом в таких цепях обязательно находятся источники электрического тока, энергия которых и расходуется на поддержание всех происходящих в них процессов.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ВГ>1ДИ0>1ПП>1П4ТУРЕ

Работа радиовещательной аппаратуры характерна большим числом преобразований одного вида энергии в другой.

Когда, например, сельский радиослушатель включает вон приемгчк Родина , в нем происходит ряд превращений

энергии. Химическая энергия гальванических элементов превращается в электрическую, электрическая в нитях накала ламп - в тепловую, причем тепловая энергия частично снова превращается в электрическую, разгоняя электроны до скорости, нужной для вылета их из нити, т. е. способствуя образованию анодного тока. В неоновой индикаторной лампочке электрическая энергия преобразуется отчасти в тепловую, нагревая газ и баллон лампочки, отчасти в световую, порождая известное всем красное свечение. Свечение нитей накала ламп приемника Родина является результатом трехкратного преобразования энергии: химической в электрическую, затем электрической в тепловую и, наконец, тепловой в световую. Последним звеном длинного ряда преобразований энергии является преобразование громкоговорителем электрической энергии в механическую - звуковую.

Работа любой радиоустановки богата примерами подобных преобразований.

В помещенной ниже таблице приведены 11 наиболее распространенных в радиоаппаратуре видов преобразования энергии.

Во многих случаях между приведенными в таблице этапами есть еще несколько промежуточных и побочных. Например, в работе оптического индикатора настройки, приведенного в качестве примера преобразования электрической энергии в световую, можно насчитать ряд других преобразований: электрической в тепловую (нагрев катода), тепловой в световую (свечение катода) и электрическую (работа вылета), электрической в тепловую (нагрев анода) и световую (свечение экрана) и т. д.

Следует учитывать, что переход одного вида энергии в другой всегда сопровождается уменьшением количества первичного вида энергии вследствие различных потерь, в большинстве случаев на излучение тепла. Тепловая энергия катода затрачивается на разгон электронов до скорости, нужной для их вылета, и уменьшается на такую величину, какую унесли с собой вылетевшие электроны, а также на тепловое излучение.

В этом отношении интересен предпоследний из приведенных в таблице примеров преобразования энергии. При воспроизведении магнитофоном записи на магнитной ленте магнитная энергия ленты не уменьшается, в противном случае каждое последующее воспроизведение было бы 46

Внешний вид

Виды преобразования энергии

Механическая в электрическую

Электрическая 1в механическую

Элементы аппаратуры

Электродинамический микрофон, граммофонный звукосниматель

Световая в электрическую

Электрическая в световую

Громкоговоритель, двигатель, электропроигрыватели, подвижная система измерительных приборов

Фотоэлемент, иконоскоп

Электронно-лучевые трубки телевизоров и осциллографов, оптический индикатор настройки

Химическая в электрическую

Гальванический элемент, аккумулятор (разрядка)

Электрическая в химическую

Аккумулятор (зарядка)