Электричество шаг за шагом - [18]

Ещё каких-нибудь сто лет назад некоторые учёные, как и древнегреческие философы, считали эти блоки, из которых собраны молекулы, неделимыми и с чистой совестью называли их атомами. И только в начале прошлого века (он начался в 1900 году и завершился совсем недавно — в 2000 году) выяснилось, что атом, строго говоря, нельзя называть атомом, что атом не есть какой-то неделимый шарик, он представляет собой сложную машину и состоит из множества разнообразных деталей.

Одна из удобных и очень полезных моделей атома похожа на наше Солнце с планетами, её так и называют — «планетарная модель атома».

В центре планетарной модели — основная деталь атома, его ядро, массивный шар (Т-8), в котором сосредоточена почти вся атомная масса. Вокруг ядра вращаются маленькие и лёгкие шарики (Т-8) — электроны, они напоминают планеты, которые вращаются вокруг Солнца (Р-5). Такая картина очень наглядна, её легко себе представить, однако планетарная модель — это очень сильное упрощение, сильное искажение истины.

Скажем, электроны — это совсем не шарики-пылинки, а некоторые во многом ещё загадочные сгустки материи, которые ведут себя не только как частицы, но и как волны. Это значит, что в каких-то случаях электроны подобно частицам отскакивают, отражаются от препятствия, а в каких-то случаях огибают его, подобно волне, которая перекатывается через прибрежный камень. И двигаются электроны в атоме не по спокойным круговым орбитам, как Венера или Земля вокруг Солнца. Электроны как бы размазаны в пространстве, распределены по сферам вокруг ядра, образуют вокруг него так называемые электронные оболочки.

Разумеется, само ядро — тоже не бильярдный шар. Во-первых, оно собрано из нескольких типов частиц, которые, в свою очередь, тоже «склеены» из деталей. Во-вторых, ядро — это не застывшая конструкция, а скорее, бурлящий котёл, в котором непрерывно идут сложные превращения вещества и энергии, рождаются и умирают частицы.

И всё же планетарная модель, несмотря на все её недостатки, помогает просто и правильно объяснить многие важные процессы в атоме, многие особенности его конструкции. Именно поэтому своё путешествие в атомные миры мы начнём с того, что построим упрощённую действующую планетарную модель самого простого из известных атомов — атома водорода.

В предыдущей фразе нет ошибки — мы построим именно действующую модель атома.

ВК-29.Каждое вещество имеет свою точную характеристику «удельное сопротивление», которая говорит о том, насколько оно содействует упорядоченному движению электрических зарядов. В целом же все вещества делятся на три большие группы: «проводники», «изоляторы» и «полупроводники». Первые создают особо благоприятные условия для движения зарядов, в изоляторах такое движение практически невозможно. А полупроводники занимают промежуточное положение между первыми двумя группами.

Т-27. Действующая модель атома водорода. Привяжите нитку к спичечной коробке, раскрутите её вокруг руки — и модель готова. Ваша рука в ней играет роль атомного ядра, пробегающая круг за крутом спичечная коробка — роль электрона. Но чью же роль в таком случае играет нитка? Или спросим иначе: что в настоящем атоме заменяет нашу нитку, которая удерживает спичечный коробок? Ведь если нитка оборвётся, то он под действием центробежной силы улетит в сторону, без нитки наш атом существовать не может.

В настоящем атоме нет, конечно, никакой нитки, которая связывала бы ядро с электроном, и вместе с тем атом не разрушается, электрон с огромной скоростью (миллионы оборотов в секунду) вращается вокруг ядра и никуда не улетает. Что его держит? Какая сила привязывает, притягивает вращающийся электрон к ядру, не позволяет ему оторваться, улететь?

Это делает электричество.

Т-28. Атомные частицы электрон и протон содержат мельчайшие порции электрических зарядов. Точными опытами установлено, что любой электрон обладает некоторым отрицательным электрическим зарядом, то есть зарядом того же самого сорта, который был обнаружен у пластмассовой палочки. Можно сказать об этом ещё проще: каждый электрон обязательно содержит порцию электрических свойств — имеет электрический заряд. Электрический заряд есть обязательное, непременное свойство электрона, такое же непременное, как масса. У всех электронов электрический заряд одинаков, так же, скажем, как одинакова масса у всех пятаков.

Теперь заглянем в ядро. Если не бояться упрощений, то можно считать, что ядро состоит из крепко склеенных частиц двух сортов — нейтронов и протонов. И те и другие — довольно тяжёлые частицы, масса каждой из них почти в две тысячи раз больше массы электрона. Если предположить, что электрон весит один грамм, как, например, маленькая канцелярская скрепка, то протон или нейтрон предстанут перед нами как двухкилограммовая гиря или двухлитровая банка, наполненная водой.

ВК-30. До сих пор в качестве генератора (создателя) электрических сил мы использовали две натёртые палочки — стеклянную, на которой при натирании появлялся положительный электрический заряд (+), и пластмассовую с отрицательным зарядом (—). Главный недостаток такого генератора — он создаёт электрическую силу за счёт небольшого количества появившихся при натирании избыточных зарядов и практически очень быстро расходует их запас — в лучшем случае он работает несколько секунд.