Электричество шаг за шагом - [21]

Обнаружив в электронах и протонах мельчайшие порции электричества, мы можем теперь объяснить, как появляются электрические свойства у более крупных «предметов» — у атомов и молекул. И у натёртых палочек из пластмассы и стекла.

ВК-34. Завод, где работают электроны, называется «электрическая цепь». В неё входят генератор, где свободные заряды получают запас энергии, а также нагрузка, где они эту энергию отдают, и соединительные провода, по которым электроны идут на работу и с работы. Работающая цепь всегда замкнута и создаёт непрерывный путь для тока. При разрыве цепи ток прекращается. На чертеже, или, как принято говорить, на схеме электрической цепи, различные её элементы отображают условными знаками.

Для начала напомним, что в нормальном своём состоянии любой атом электрически нейтрален. Число протонов в его ядре и число электронов на орбитах одинаково, и при этом суммарный положительный заряд атома и его суммарный отрицательный заряд как бы нейтрализуют друг друга — за пределами атома никакие его электрические свойства вообще не ощущаются. Вещество, состоящее из таких нейтральных атомов, само тоже нейтрально, электрического заряда у него нет. Поэтому стеклянная и пластмассовая палочки до того, как мы их натёрли, мелкие бумажки не притягивали.

Если же каким-то способом удалить с атомной орбиты хотя бы один электрон, то общий заряд электронов атома станет меньше, чем общий заряд протонов, и такой атом в целом будет обладать положительным зарядом. А значит, будет обладать положительным зарядом и молекула, куда войдёт этот наэлектризованный атом (Р-13).

У натёртой стеклянной палочки положительный заряд появляется именно потому, что при натирании мы, грубо говоря, выдираем электроны из многих атомов, расположенных в поверхностном слое стекла. Эти электроны переходят на тряпку, которой мы натирали стеклянную палочку, а сама палочка остаётся с нехваткой электронов, то есть с положительным зарядом.

А теперь обратный процесс: можно каким-то способом втолкнуть в атом лишний электрон, у некоторых веществ ему найдётся местечко на орбите. У такого атома электронов окажется больше, чем протонов в ядре, а значит, появится отрицательный заряд. В итоге отрицательный заряд будет у молекулы, включившей в себя этот атом, и у вещества, куда входят такие наэлектризованные молекулы. Именно так можно объяснить появление отрицательного электрического заряда у натёртой пластмассовой палочки — при натирании в неё втиснулись лишние электроны, например, вырванные из тряпки, которой натирали пластмассу (Т-8).

В заключение остаётся назвать имена, которые присваивают атомам в зависимости от их электрического состояния.

Нейтральный атом — это тот, который никак не проявляет своих электрических свойств. Положительный ион — атом с недостающими электронами или, другими словами, с избытком положительного заряда. Отрицательный ион — атом с избытком электронов, то есть в итоге с отрицательным зарядом.

ВК-35.Объединив свои внешние электронные орбиты, атомы могут создать единую устойчивую многоатомную конструкцию — молекулу. Иногда для такого «склеивания» атомов нужно затратить энергию, а иногда наоборот — энергия выделяется при соединении атомов в молекулу или при объединении небольших молекул в более крупную. Энергия выделяется, например, при горении — при соединении органических (содержащих углерод) молекул с кислородом.

Т-31. Электрические силы могли бы работать в машинах. Мы уже вспоминали о том, что люди с давних пор стремились умножить силу своих мускулов, выполнять работу большую, чем могли бы по своим природным способностям (Т-19). Стремились они к этому не просто так, не ради спортивного интереса, а для того, чтобы жить лучше, чем предначертано дикой природой. В разные времена человек приспособил себе в помощники домашних животных, энергию падающей воды, ветра, расширяющегося пара, взрывающихся бензиновых паров. Наконец настало время подумать об электричестве.

Если глубоко вникнуть в существо дела, то окажется, что даже наэлектризованные предметы могли бы выполнять значительную работу, скажем, перемещать какие-либо грузы. То, что в известных опытах с натиранием палочек могучее электричество показало себя слабым работником, объясняется очень просто: натиранием мы нарушили электрическое равновесие у чрезвычайно малого числа атомов, создали очень слабый суммарный заряд. Если в стеклянной и пластмассовой палочках «наэлектризовать» хотя бы 1 процент атомов, то, находясь на расстоянии 10 сантиметров, они притягивали бы друг друга с такой силой, которая легко сдвинула бы с места автомобиль.

И все же в использовании электрической энергии техника не пошла по пути машин, которые приводятся в движение сильно наэлектризованными деталями, некоторым подобием очень сильных магнитов. В современных электрических машинах и установках работают детали, наэлектризованные самой природой, — мельчайшие частицы вещества, с которыми мы встретились на нашей экскурсии в мир атомов и молекул. А конкретно — в современных электрических машинах всех типов работают движущиеся электроны, положительные и отрицательные ионы. Главным образом — электроны.