1. «Говорящая» кинолента

Из всех необычайно разнообразных применений фотоэлементов в современной технике наиболее массовым является применение их в звуковом кино.

Ни один звуковой киноаппарат не может работать без фотоэлемента. А между тем, в нашей стране работают десятки тысяч киноустановок. Таким образом, десятки тысяч фотоэлементов изо дня в день служат самому массовому и самому важному виду искусства — кино.

Тридцать лет назад многим казалось, что «озвучить» кино — дело безнадёжное. Не одна попытка получить хороший звук в кино окончилась неудачей. Но вот, в кино были применены «электрические глаза», и «Великий немой» заговорил громко, отчётливо, ясно.

Каким же образом работают в кино фотоэлементы?

Посмотрите на рисунки 14 и 15.

Рис. 14. Отрезок киноленты; слева видна звуковая дорожка.

Рис. 15. Отрезок киноленты; здесь звук записан другим способом.

Оба рисунка изображают отрезок звуковой киноленты. На ней вы видите снимки двух отдельных кинокадров (сцен). Слева от этих кадров идёт так называемая «звуковая дорожка». Она состоит из ряда поперечных чёрточек. На рисунке 14 эти чёрточки одной длины, но разной прозрачности. На рисунке 15, наоборот, все чёрточки чёрные, непрозрачные, но имеют разную длину. Вот на таких звуковых дорожках и записаны все звуки фильма — слова, шум улицы, музыка, пение.

Оба способа записи звука на киноплёнку разработаны нашими советскими учёными П. Г. Тагером, А. Ф. Шориным и В. Д. Охотниковым.

Мы не будем в нашей книжке говорить о том, как именно записываются звуки на киноплёнку. Об этом подробно рассказано в другой брошюре серии «Научно-популярная библиотека»: В. Д. Охотников «В мире застывших звуков». Да и фотоэлемент в процессе записи звука на киноплёнку никакого участия не принимает.

Зато при воспроизведении звука с киноплёнки фотоэлемент совершенно необходим.

Посмотрите на рисунок 16 и вы легко поймёте, каким образом в кино, при демонстрации кинофильма, воспроизводится с помощью фотоэлемента звук.

Рис. 16. Схема воспроизведения звука в кино.

Постоянный по силе свет от лампы собирается увеличительным стеклом-линзой в узкий пучок, который ярко освещает небольшую щель. Эта щель с помощью других линз отображается в сильно уменьшенном виде на звуковой дорожке киноленты. Лента скользит по барабану, в котором против освещённого места имеется отверстие.

Таким образом, луч света проходит через щель, через звуковую дорожку на киноленте и через отверстие — внутрь барабана. Здесь световой пучок падает на фотоэлемент.

На звуковую дорожку попадает пучок света постоянной силы, но пучок, прошедший через ленту и действующий на фотоэлемент, уже не будет постоянным. Напротив, в разные моменты времени сила света его будет больше или меньше, в зависимости от того, прошёл ли он через более светлое или более тёмное место дорожки. Точно так же, если запись звука на дорожке сделана в виде ряда чёрточек одинакового почернения, но разной длины, то сила светового пучка будет больше, если он прошёл через короткую чёрточку, и меньше, если на его пути стояла длинная чёрточка. Таким образом, колебания силы светового пучка, действующего на фотоэлемент, соответствуют колебаниям силы света того пучка, который действовал на плёнку при записи звука. А ток, возникший в фотоэлементе, как вы знаете, соответствует силе этого светового пучка. Поэтому, по мере прохождения ленты по барабану, ток в цепи фотоэлемента будет всё время меняться.

Этот переменный ток усиливается и подаётся в громкоговоритель, устанавливаемый за экраном или рядом с ним. Здесь ток проходит через проволочные катушки, надетые на ножки магнита. Перед магнитом находится упругая металлическая пластинка — мембрана. Магнит становится то сильнее, то слабее в зависимости от силы приходящего от фотоэлемента тока. Он то притягивает к себе мембрану, то опускает её и даёт ей возможность, под влиянием её собственной упругости, выпрямиться, отойти от магнита. Иными словами — мембрана начинает колебаться. А колебания мембраны создают в воздухе так называемые звуковые волны, которые мы и воспринимаем, как звуки.

Так фотоэлементы работают в звуковом кино.

Конечно, на самом деле звуковые киноустановки не так просты, как это- может показаться по рисунку. В практике воспроизведения звука приходится преодолевать множество различных затруднений, и современные технические установки звукового кино очень сложны.

 

2. Снимок передан по проволоке

Во многих городах нашей родины — в Москве, Ленинграде, Киеве, Свердловске и других — на телеграфе вы можете послать в другой город «фототелеграмму».

Что это за телеграмма?

Вы можете принести сюда собственноручно написанный документ, чертёж, рисунок, фотокарточку, и они будут переданы по телеграфу в другой город. Через несколько минут там будет получена точная фотографическая копия с данного документа или рисунка.

В настоящее время фототелеграфом широко пользуются.

Очень часто можно встретить фотоснимки, переданные по фототелеграфу, в газетах. Сделанный, например, где-нибудь на Урале снимок в тот же день появляется в наших центральных газетах. Внизу под снимком обычно указывается: «снимок передан по фототелеграфу».

На первый взгляд возможность передавать изображение по проволоке кажется невероятной. Однако секрет фототелеграфии, как вы увидите, совсем нетрудно понять. Он основан на той же способности фотоэлемента превращать световой сигнал в сигнал электрический.

Представьте себе, что вы в темной комнате осматриваете с карманным фонариком какую-нибудь большую картину. Электрический фонарик освещает только небольшую часть картины, и вы, чтобы разглядеть её всю, последовательно переводите луч фонарика с одного участка картины на другой, пока не обойдёте всю картину.

Примерно так же поступают и при передаче изображений по телеграфу. Принятый для передачи чертёж, документ или снимок укрепляют на барабане, который медленно вращается и в то же время смещается вдоль своей оси, наподобие гайки, которую вы наворачиваете на винт. На этот барабан направляют тонкий пучок световых лучей, который освещает на чертеже или снимке очень маленькое пятнышко — размером всего примерно 0,2X0,2 квадратных миллиметра. Понятно, что при движении барабана эта светящаяся точка будет перемещаться по бумаге, описывая на ней винтовую линию, которая покрывает всю поверхность передаваемого чертежа или документа. Таким образом, световой луч, подобно лучу нашего карманного фонарика, «прощупывает» здесь один за другим все участки чертежа.

Свет, отражённый от поверхности бумаги, попадает на фотоэлемент. Ясно, что количество света, действующего на фотоэлемент, будет зависеть от того, на какое место изображения попал прощупывающий его луч. Когда луч идёт по белой бумаге, то на фотоэлемент попадает значительно больше отражённого света, чем в тот момент, когда луч падает на чёрное место чертежа или рисунка. Но, как мы. знаем, электрический ток в цепи фотоэлемента будет тем сильнее, чем ярче свет, действующий на фотоэлемент. Поэтому в те моменты, когда «прощупывающий» луч проходит через светлые места передаваемого изображения, электрический ток в цепи фотоэлемента сильнее, чем тогда, когда луч попадает на более тёмные места.

Всякое изображение представляет собой совокупность светлых и тёмных точек, расположенных рядом друг с другом. Как мы видим, наше передающее устройство превращает эти точки в ряд более сильных и более слабых электрических сигналов, следующих один после другого. Эти сигналы мы можем передать по проводам или с помощью радиоволн на любое расстояние — в то место, где находится приёмная станция.

Здесь перед нами возникает обратная задача. Нужно сигналы разной силы, следующие друг за другом, превратить в изображение, т. е. в совокупность более светлых и более тёмных точек, расположенных в определённом порядке рядом друг с другом. Для этого прежде всего необходимо электрические сигналы, т. е. токи различной силы, превратить в сигналы световые — в более сильные или более слабые вспышки света.

Как это можно сделать?

Для этого переменный электрический ток, пройдя усилитель, пропускается через особый прибор, так называемый модулятор света. Этот прибор помещается на пути пучка лучей постоянной яркости. В зависимости от силы электрического тока, проходящего через модулятор, меняется прозрачность этого прибора. Благодаря этому и пучок света, проходящий через модулятор, становится переменным по яркости— он будет то ярче, то слабее — в зависимости от силы протекающего через модулятор электрического тока.

Чтобы теперь превратить эту совокупность различных по яркости световых сигналов в изображение, «мигающий» пучок света направляют на фотографическую бумагу, укреплённую на таком же барабане, как и барабан передающей станции.

Этот барабан также вращается и одновременно подвигается вдоль своей оси. Благодаря этому луч света, падающий на бумагу, вычерчивает на ней винтовую линию. Такой линией постепенно покрывается вся поверхность фотобумаги. Но так как яркость падающего луча постоянно меняется, то на бумаге, после её проявления, вместо линии возникает ряд светлых и тёмных точек, которые в точности соответствуют таким же точкам на оригинале.

Таким образом, для того чтобы на приёмной станции мы получили точную копню этого оригинала, нужно только позаботиться о том, чтобы движение обоих барабанов — передающего и принимающего — происходило строго согласованно. Это осуществляется особыми, так называемыми «синхронизирующими» устройствами.

Так с помощью «электрического глаза» производится передача на расстояние неподвижных изображений.

Однако, как ни хорош фототелеграф, всё же он пригоден лишь для передачи неподвижных, «мёртвых» изображений: фотографий, чертежей, рукописей и т. п. А нельзя ли подобным же путём осуществить и передачу «живых», движущихся изображений? Нельзя ли передавать на большие расстояния непосредственное изображение говорящего оратора или играющего актёра, не прибегая к предварительному фотографированию этого актёра или оратора?

Можно. Такая передача «живых» изображений на далёкое расстояние называется телевидением.

Принцип телевидения — тот же, что и фототелеграфии. Изображение передаваемого объекта нужно разложить на очень большое количество светлых и тёмных точек, т. е. превратить его в ряд последовательных световых сигналов разной силы. Эти световые сигналы фотоэлемент превращает в сигналы электрические, которые можно с помощью радиоволн или по проводам передать в нужное место. Там электрические сигналы превращаются в световые, а из последних «собирается» изображение.

Понятно, однако, что технически задача телевидения гораздо сложнее, чем задача фототелеграфии. Живые люди — это не фотография, которую можно положить на вращающийся барабан фототелеграфа. Нужно найти какие-то иные способы «прощупывания» лучом всей изображаемой сцены. Кроме того, весь этот процесс «прощупывания» нужно совершать очень быстро. Чтобы можно было передавать изображения движущихся предметов, нужно, чтобы световой луч пробежал по всему изображению за очень малое время — не больше чем за 1/24 долю секунды. И за это короткое время луч должен «разложить» изображение на много тысяч отдельных точек-сигналов.

Тем не менее со всеми этими трудностями советская техника успешно справилась. Сейчас наши станции регулярно ведут телевизионные передачи, а наша промышленность выпускает телевизоры — приборы, дающие возможность непосредственно видеть на экране живые сцены: отрывки пьес, выступающих актёров и т. п.

Если кино когда-то называли «Великим немым», то радио до недавнего времени можно было назвать «Великим слепым». Теперь же фотоэлемент дал возможность заговорить «Великому немому» и прозреть «Великому слепому». С помощью этого прибора мы теперь слышим в кино и видим по радио.

 

3. «Электрический глаз» видит в темноте

Глаз человека воспринимает, как свет, только излучение с длинами волн, лежащими от 4/100 000 до 8/100 000 сантиметра. Все остальные волны — и более длинные и более короткие — ощущения света не создают. К ним наш глаз не чувствителен, и поэтому, как бы сильно мы ни «осветили» тело этими лучами, оно останется тёмным, невидимым. Однако, как говорилось, некоторые типы фотоэлементов «чувствуют» не только видимые лучи, но и невидимые, например инфракрасные лучи.

Возникает заманчивая мысль: а нельзя ли с помощью таких фотоэлементов построить прибор, который даст возможность видеть предметы, освещённые только инфракрасными лучами, т. е. невидимые нашими глазами? Понятно, какое важное значение имели бы такие приборы, прежде всего в военной технике. Прожекторы, которыми пользуются ночью для наблюдения за противником, имеют один очень серьёзный недостаток: они демаскируют того, кто ими пользуется, выдают противнику его присутствие. Насколько было бы удобнее, если бы мы могли в невидимых лучах наблюдать все предметы так же, как в видимых!

Закрыть прожектор таким стеклом, которое совсем не пропускало бы видимых лучей, но хорошо пропускало бы лучи инфракрасные, нетрудно. Такие стёкла имеются, да и инфракрасных лучей в свете прожектора имеется очень много. Но как превратить невидимое изображение предмета, освещённое этими лучами, в изображение, которое мы могли бы видеть глазами?

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.

Рис. 18. Схема устройства электромагнитного реле.

Слабый ток-сигнал проходит по обмотке электромагнита, при этом якорь притягивается к магниту и замыкает цепь рабочего тока — начинает работать мотор.

В примере со станком-автоматом, который мы приводили, суппорт станка замыкает цепь сигнала чисто механически, нажимом кнопки. Но очень часто оказывается более удобным, чтобы ток-сигнал, приводящий в действие ту или иную машину, создавался при помощи фотоэлемента, на который в нужный момент начинает действовать свет. Такие устройства получили название фотореле.

Фотореле состоит из фотоэлемента, радио-лампового усилителя и устройства, включающего или выключающего тот или иной механизм. Такие реле могут быть включены двояким образом: они могут включать «исполнительный» ток либо тогда, когда возникает фотоэлектрический ток, либо тогда, когда этот ток исчезает. Иными словами, реле будет, как говорят, «срабатывать» либо при попадании света на фотоэлемент, либо при прекращении освещения фотоэлемента.

Фотореле могут работать как на постоянном, так и на переменном токе.

Советскими учёными за последние годы создано несколько типов совершенных высокочувствительных фотореле.

Изобретателем С. Клементьевым разработаны конструкции несложных самодельных фотореле очень небольших размеров; они особенно удобны для использования в различных автоматических устройствах.

Один из типов таких самодельных реле показан на рисунке 19.

Рис. 19. Общий вид самодельного фотореле СФ-4 конструкции инженера Клементьева.

Свет через тубус прибора падает на фотоэлемент. Возникающий фототок, усиленный радиолампой, поступает в электромагнитное реле, действующее, как было показано на рисунке 18, и замыкает или размыкает, таким образом, цепь сильного исполнительного тока.

Необычайно разнообразны применения фотореле. Мы приведём лишь несколько самых простых примеров.

В каждом крупном городе очень большое значение имеет своевременное включение и выключение уличного освещения.

Каждая лишняя минута горения тысяч уличных ламп означает бесцельную трату огромного количества электрической энергии. Но, с другой стороны, слишком позднее включение уличного освещения затрудняет движение на улицах и может приводить к катастрофам.

В настоящее время построены приборы, автоматически регулирующие включение и выключение уличных фонарей. На рисунке 20 вы видите фотоэлемент, соединённый с реле, включающим уличное освещение.

Рис. 20. Внешний вид прибора, следящего за включением и выключением уличного освещения.

Когда сила дневного света на улице падает ниже определённого предела, ток в фотоэлементе становится настолько слабым, что устройство включает электрические лампы уличных фонарей. Утром, когда сила дневного света становится достаточной для нормальной видимости на улицах, сила тока в «электрическом глазе» снова возрастает, и фонарь выключается.

Фотореле могут также с успехом включать и выключать свет маяков и бакенов. Советскими инженерами Щекиным и Синицыным такой автоматический электробакен был, например, сделан для канала имени Москвы.

Широкое применение могут найти и уже находят такие приборы и на различных предприятиях. Вместо зажигания света «на-глазок» гораздо экономнее иметь прибор, который включает свет в тот момент, когда это необходимо для данного производства.

Такого же рода установка может применяться для предупреждения пожаров в закрытых тёмных помещениях. Здесь фотореле даёт тревожный звонок при появлении в помещении огня или дыма.

Очень широко используется в автоматике принцип так называемой «световой преграды». Она осуществляется как на видимых, так и на невидимых лучах. Устраивают это так. Направляют на фотоэлемент пучок света от какого-нибудь фонаря и соединяют этот «электрический глаз» с реле. Реле устроено так, что оно «срабатывает», т. е. включает тот или иной механизм, в тот момент, когда какое-нибудь постороннее тело пересекает пучок света.

На обложке нашей книжки вы видите построенную на этом принципе установку для автоматического открывания и закрывания дверей. Автомобиль подходит к дверям гаража. Как только он пересекает первый, наружный, луч света, включается в работу электромоторчик, и двери открываются. Входя внутрь гаража, машина пересекает вторую световую преграду, и двери закрываются.

«Электрический швейцар» действует точно и безотказно.

На горных дорогах, где имеются туннели, нередко бывает так, что идущая с большим грузом автомашина нс может свободно пройти через туннель — высота груза вплотную достигает или даже превышает размеры туннеля. В таких случаях часто происходят аварии с машинами. «Электрический глаз» может легко это предупредить. Перед входом в туннель — в его верхней части — устанавливается источник света — так, чтобы луч шёл в воздухе параллельно дороге — навстречу подъезжающим к туннелю автомашинам. Если груз на машине не превышает высоты туннеля, луч света не падает на этот груз, и машина может спокойно проезжать через туннель. Но как только перед туннелем оказывается автомашина с очень высоким грузом, луч света уже падает на груз, отражается от него и, отражённый, падает на фотоэлемент, укреплённый рядом с источником света. Перед входом в туннель загорается красная предупредительная надпись: «проезд закрыт», или подаётся резкий сигнал тревоги.

Можно устроить световую преграду и на невидимых лучах, например на ультрафиолетовых или инфракрасных лучах. Преимущество такой преграды заключается в том, что она невидима. Подобные установки с успехом могут использоваться для охраны различных помещений и территорий.

А вот вам более важный пример.

Ещё до Отечественной войны у нас производились подобные предохранительные устройства к быстроходным прессам. На рисунке 21 вы видите такой пресс.

Рис. 21. Пресс тормозится, как только луч света пересекается каким-либо непрозрачным телом.

Слева установлен осветитель, луч которого попадает на фотореле. Пока свет действует на фотоэлемент, пресс может работать. Но если световой луч пересечён каким-либо непрозрачным телом, например, если рабочий не успел вовремя убрать руку, ток в фотоэлементе прекращается, приходит в действие реле, и тут же включается тормоз. Пресс опуститься не может. Таким путём предотвращаются несчастные случаи от нечаянного и преждевременного пуска пресса в ход или от «повторного удара» пресса.

Предохранительные устройства с фотореле могут устанавливаться у самых различных машин: у вальцов, ножниц, штампов и т. п.

На железнодорожном транспорте «световая преграда» может быть использована для самых различных операций: для остановки поездов, для автоматической сигнализации при разрыве железнодорожных составов в пути, для сигнализации на железнодорожных переездах, для контроля за скоростью движения поездов и т. д.

Вот как, например, может быть устроен фотоэлектронный семафор, останавливающий поезд. На столбе сема-фора устанавливается небольшой прожектор, бросающий луч света на проходящие составы. При этом свет падает на установленный в определённом месте на паровозе фотоэлемент. В последнем возникает фотоэлектронный ток, который, пройдя через усилители, автоматически включает тормоза состава. Таким образом, если только лампа прожектора зажжена, мимо него поезд пройти не сможет, независимо от того, заметил машинист такой своеобразный «закрытый семафор» или нет.

Особенно ценной такая установка может быть в том случае, если прожектор фотоэлектронного семафора будет посылать не видимые лучи, а невидимые — инфракрасные. Соответственно этому и фотоэлемент, установленный на паровозе, должен реагировать только на эти невидимые лучи. В этом случае фотоэлектронный семафор будет прекрасно действовать при любой погоде, например при густом тумане, так как инфракрасные лучи хорошо проходят сквозь туман.

Лабораторией горной электротехники Донецкого индустриального института был сконструирован «автоматический стрелочник», работающий при помощи фотореле. Такой «стрелочник» с успехом может заменить человека в шахте. Приближаясь к стрелке, машинист электровоза, не останавливая состава, поднимает руку и на мгновение пересекает тот или другой световой луч фотореле. Стрелка переводится на нужный путь.

Подобного рода устройства применяются и для автоматического счёта различных предметов, например, для счёта изделий, движущихся по конвейеру. Каждый раз, как какое-либо непрозрачное тело пересекает этот пучок, сила тока в фотоэлементе резко падает. Нетрудно устроить приспособление, которое при таком падении силы тока будет автоматически поворачивать колесо счётчика на одно деление, то есть считать проходящие предметы.

Такого рода устройства способны считать безошибочно с очень большой скоростью — например, тысячу и больше деталей в минуту!

Легко могут быть использованы фотореле и для сортировки различных деталей по их цвету или форме. В этом случае конструируют такую установку, в которой на фотоэлемент падает свет, отражаемый деталью, движущейся по определённому пути. В зависимости от яркости этого света фотореле включает механизм, направляющий изделие в ту или иную сторону.

Фотоэлементы способны браковать различные изделия с точностью, на которую не способен человек. Так, они могут замечать на деталях самые малейшие трещины, которые не может заметить человеческий глаз.

Крайне ценную службу контроля могут нести фотоэлементы при изготовлении различных красок.

«Электрические глаза» чувствительны ко всем тончайшим оттенкам цветов. Установлено, что фотоэлементы различают не менее одного миллиона оттенков!

Широко могут использоваться в промышленности установки с фотореле для автоматического контроля уровня различных жидкостей и сыпучих тел. Принцип работы таких установок очень прост. Представьте себе, что с одной стороны какого-либо чана или закрытого бака, на его верхней части, установлен осветитель, а напротив — фотореле. Пока бак пуст, луч света падает на фотореле и благодаря этому горит сигнальная лампочка. Однако стоит только заполнить бак выше того уровня, на котором установлен осветитель фотореле, как тотчас же сработает фотореле и сигнальная лампочка погаснет.

Вместо контрольной лампочки может быть установлен электрический звонок. Можно сделать также, что вместо световой или звуковой сигнализации автоматически начинают работать насосы или конвейеры, подающие в тот или иной резервуар жидкость или сыпучее тело.

Такие установки могут применяться на самых различных производствах — при загрузках зерном, мукой, нефтью, углем.

Примеров использования фотоэлементов можно привести очень много. Так, фотоэлементы приносят огромную пользу и при автоматическом контроле и при управлении ходом сложных химических и технологических процессов.

Приведём только один такой пример. Хорошо известно, сколько внимания требуется от кочегара или машиниста, например, на пароходе или в заводской котельной, чтобы правильно регулировать ход горения топлива в топке, вовремя усиливать или ослаблять подачу горючего и воздуха. Фотоэлемент даёт возможность осуществлять такой контроль автоматически. Поперёк дымовой трубы направляют пучок света, падающий на фотоэлемент, соединённый с реле (рис. 22).

Рис. 22. Фотоэлектронная установка регулирует ход горения в топке.

Всякое изменение густоты и цвета дыма будет изменять его прозрачность и, следовательно, будет изменять силу тока в фотоэлементе. Можно отрегулировать прибор так, что при всяком отклонении густоты и цвета дыма от нормы в ту или иную сторону будут автоматически включаться приспособления, регулирующие ход горения в топке.

Подобный «кочегар-автомат» даёт возможность сэкономить многие тысячи тонн топлива.

Таким же или сходным образом можно автоматически регулировать течение и других химических процессов.

Не менее многообразны возможности применения фотореле и в военном деле. И здесь «электрические глаза» способны делать необыкновенные вещи. Вот несколько примеров.

В печати отмечалось, что в годы второй мировой войны на многих кораблях фотоэлементы успешно выступали в роли… разведчиков. Для этого применялись высокочувствительные фотоэлементы, воспринимающие лишь тепловые, т. е. инфракрасные лучи. Такие приборы в любую погоду — в тумане, ночью — «улавливали» на далёких расстояниях тепловое излучение, идущее от нагретых дымовых труб вражеских кораблей, и таким образом давали возможность своевременно определять присутствие противника.

Военными специалистами ряда стран выдвигались предложения устройства фотоэлектронных торпед. Установленный в головной части таких торпед фотоэлемент посылает торпеду, с помощью специальных рулей поворота, точно в направлении сильного пучка световых лучей. В печати отмечалось, что фотоэлектронная торпеда может быть использована в ночном бою как против различных наземных целей, так и против самолётов. Как указывалось, стоит, например, «поймать» лучом прожектора самолёт противника и тут же послать вдоль по лучу торпеду с фотоэлементом, как такая торпеда обязательно попадёт в цель. Для этого лишь необходимо не выпускать самолёт из луча прожектора. Точно так же фотоэлектронная торпеда, сброшенная с самолёта, летит на свет прожекторной установки, установленной, например, на корабле.

В обоих последних примерах фотоэлемент действительно как бы видит цель.

Отмечалось также, что широкое применение в военных условиях может найти и «световая преграда» с помощью инфракрасных лучей, о которой мы говорили выше. Здесь, помимо сигнальных приспособлений, с фотоэлементами часто соединяют и различные средства поражения, например, мину, которая взрывается в тот момент, когда какое-либо тело, скажем танк или автомобиль, пересекает невидимый луч света.

Среди других многочисленных военных применений фотоэлементов небезынтересно применение фотореле в стрелковом тире.

Если в центре мишени укрепить фотоэлемент, вставленный в короткую трубку, то по такой мишени можно стрелять светом! Устройство ружья, стреляющего лучами света, несложно. В стволе такого ружья имеются небольшое вогнутое зеркальце и маленькая электрическая лампочка с точечной нитью накала; при этом свет от лампочки отражается зеркальцем так, что из ствола выходит тонкий параллельный луч света. Источником электрического тока могут служить обыкновенные сухие батарейки для карманного электрического фонаря, закреплённые где-либо в прикладе ружья.

Включение электрической лампочки на короткую долю секунды осуществляется при помощи спускового крючка «светового ружья».

Таким образом, если стрелок прицелился точно, то при «выстреле» короткий луч света падает на фотоэлемент, и фотореле срабатывает. Нетрудно устроить, чтобы при этом на мишени загоралась лампочка или, скажем, звонил звонок.

Не имея возможности умножать число примеров использования фотоэлементов в нашей жизни, скажем лишь, что они могут быть с успехом и пользой применены в любой отрасли техники. Автоматическое взвешивание, измерение скорости движения различных тел, контроль размеров и качества изделий, автоматический контроль и регулировка давления, температуры, влажности, концентрации в химической, металлургической, текстильной, пищевой, горной, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности — всё это далеко не полный список того, что может делать замечательный физический прибор — фотоэлемент!

И, наконец, нельзя не упомянуть о применении «электрических глаз» для измерения световой энергии. Высокая чувствительность фотоэлементов и совершенство современных приборов и методов измерения слабых электрических токов позволяют быстро и точно измерять с помощью фотоэлементов даже чрезвычайно слабый свет, например свет, идущий от далёких звёзд, которые едва видит или даже совсем не видит человеческий глаз. В настоящее время в научных лабораториях работает множество оптических приборов, в которых сила света измеряется по силе электрического тока, возникающего в фотоэлементах. Эти приборы помогают учёным глубже и точнее проникать в сущность физических явлений в окружающем нас мире, а это в свою очередь является залогом и основой дальнейшего развития техники.