В результате этих многочисленных столкновений плавное движение потока электронов вдоль проводника нарушается. Отдельные электроны при ударе резко меняют направление своего движения. Возникает беспорядочное их движение по различным направлениям внутри металла.
Удары электронов раскачивают атомы, которые начинают колебаться, каждый около своего места в решётке.
Энергия колебаний атомов есть тепловая энергия, выделяющаяся при прохождении электрического тока по проводнику.
При обычной температуре электроны металла, свободно передвигаясь внутри него, не могут в то же время выбраться наружу. Атомы, потерявшие электроны, заряжены положительно, они притягивают обратно внутрь металла те электроны, которые попадают на поверхность.
Но при достаточно большой температуре скорости движения электронов настолько возрастают, что такие быстрые электроны оказываются способными преодолеть силы притяжения и вырваться из металла наружу.
Поэтому раскалённое тело, а в нашем случае — вольфрамовая нить, будет испускать во все стороны электроны.
Вокруг светящейся нити обыкновенной лампочки образуется обычно целое облачко из электронов, вылетевших из неё.
Рис. 5. Схема рентгеновской трубки.
Посмотрим теперь на рисунок 5. Здесь изображена схема устройства рентгеновской трубки.
В такой трубке также имеется раскалённая нить, испускающая электроны. Но в отличие от обыкновенной лампы вольфрамовая нить подсоединена к отрицательному проводу источника напряжения. В то же время положительный провод введён внутрь лампы в виде особого электрода, который называется анодом.
Положительно заряженный анод притягивает электроны, испущенные накалённой нитью (катодом). Поэтому вылетевшие из катода электроны уже не образуют электронного облачка около его поверхности, а устремляются к аноду. Им на смену раскалённая нить испускает новые. В такой лампе пойдёт электрический ток — поток электронов, с большой скоростью летящих от катода к аноду.
Для того чтобы нить всё время оставалась нагретой, используется специальный источник электрического тока, изображённый на рисунке 5.
Так устроены рентгеновские трубки. Источником рентгеновых лучей является анод, бомбардируемый потоком быстрых электронов. В рентгеновских трубках электроны двигаются с большой скоростью, вс много раз превышающей скорость пушечного снаряда. Если бы электрон с такой скоростью пустить двигаться вокруг Земли, он совершил бы кругосветное путешествие меньше, чем за секунду.
Поверхность анода рентгеновской трубки во время её работы подвергается непрерывному обстрелу электронами, текущими с катода. Подобно тому как при ударах молота о металл металл разогревается, разогревается и поверхность анода рентгеновской трубки, особенно тот участок, который обстреливается электронами. В этом месте, называемом фокусным пятном, металл может даже частично проплавиться. Тут-то, как обнаружил Рентген, и зарождаются помимо выделяющегося тепла рентгеновы лучи. Они распространяются от фокусного пятна во все стороны.
Мы знаем теперь, что рентгеновы лучи возникают, когда быстро летящие электроны, сталкиваясь с атомами вещества, теряют при этих столкновениях свою энергию. Часть энергии электрона идёт при этом на раскачку атомов вещества, то-есть на повышение его температуры, а часть энергии испускается в виде рентгеновых лучей, в виде лучистой энергии.
Всякий раз, когда электрон движется с ускорением или замедлением, он испускает электромагнитные волны. Чем больше ускорение или замедление электрона, тем короче длина испускаемых электромагнитных волн.
Как теперь установлено, видимый свет также испускается электронами, колеблющимися внутри атомов.
Быстрый электрон, ударяясь о поверхность анода, почти сразу останавливается. В этом случае очень велико торможение электрона, а потому испускаемые при этом электромагнитные волны — рентгеновы лучи — обладают длиной волны примерно в 1 000 раз меньшей, чем длина волны видимого света.
Чем быстрее двигался электрон перед ударом, тем большая потеря скорости произойдёт, тем короче длина волны рентгеновых лучей.
Но скорость электрона зависит от того электрического напряжения, которое приложено между катодом и анодом, именно это напряжение и ускоряет электрон [3]).
Поэтому в зависимости от того, какое напряжение приложим мы к рентгеновской трубке, мы будем получать различные лучи. Меньшее напряжение даёт нам мягкие лучи (более длинные волны), а большее — жёсткие лучи (волны более короткие).
3
Понятие напряжения должно быть знакомо каждому, кто хоть немного имел дело с электричеством и электрическими приборами. Подробно о напряжении рассказано в книжке Э. И. Адировича «Электрический ток», «Научно-популярная библиотека» Гостехиздата.