Электричество шаг за шагом - [24]

При температуре выше абсолютного нуля в процессе хаотических, как их называют, тепловых колебаний атомы металлов — серебро, медь, алюминий, железо и другие — грубо говоря, сбрасывают некоторые внешние электроны, те, что сильно удалены от ядра и слабее других привязаны к нему электрическими силами. Вырвавшиеся из атомов электроны беспорядочно слоняются (Т-8) в межатомном пространстве, и эту огромную армию свободных и безработных электронов вполне можно было бы использовать в качестве движущихся деталей электрических машин.

Запомнив, что в некоторых твёрдых веществах могут быть нужные нам свободные электроны, перейдём к жидкостям и газам. Здесь в результате всё тех же тепловых колебаний атомов тоже появляются свободные электроны, но вместе с ними и другие свободные электрические частицы. Вспомните: атом, потерявший один или несколько электронов, из-за избытка протонов имеет положительный электрический заряд — это положительный ион. В твёрдых телах такие положительные ионы неподвижны, в жидкостях и особенно в газах они могут двигаться. Кроме того, в жидкостях и газах могут появиться подвижные отрицательные ионы — атомы, в которые попал лишний электрон. Таким образом, в жидкостях и газах может быть сразу три типа работающих деталей: свободные положительные ионы, свободные отрицательные ионы и, как всегда, свободные электроны (Р-14). Первое, что обычно делает электротехника, — она создаёт поток этих свободных частиц и заставляет его выполнять какую-либо полезную работу. Напомним, что организованный таким образом поток частиц получил название «электрический ток».

Т-34. Участвующие в электрическом токе электроны и (или) ионы, могут создавать тепло и свет, а также перемещать вещество. Если бить молотом по куску железа, то оба они сильно нагреются — энергия движущегося молотка в процессе удара превращается в тепло. По той же причине быстрый поток песчинок, выбрасываемый пескоструйным аппаратом, попав на гранитную плиту, не только очищает её, но ещё и нагревает. Поток электронов или свободных ионов в каком-либо веществе, сталкиваясь с его атомами, будет нагревать вещество — удар всегда удар. Тепловое действие, нагревание, — первая профессия движущихся зарядов (Р-16, Р-1, Р-2).

Вторая их профессия — излучение света. Если хорошо разогнать свободные заряды в веществе, то они будут ударять по неподвижным атомам с такой силой, что те начнут светиться, как, скажем, светится сильно нагретый кусок железа. Нить электрической лампочки светится именно потому, что в ней создаётся достаточно мощный поток свободных электронов и они с огромной силой ударяют по атомам металла, из которого изготовлена нить.

ВК-39.Мы привыкли к тому, что вес, а значит, и сила (её обычно обозначают буквой F) измеряются в граммах, килограммах и тоннах. Официально эти единицы используют для оценки массы в системе единиц СИ, которая принята в технике. А для оценки силы (веса) есть другая единица — ньютон (Н), это примерно 102 привычных грамма веса (силы), полстакана воды или молока весят примерно 1 ньютон. Иногда вес и силу указывают в килограммах, каждый из них это почти 10 ньютонов.

Р-11. БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ — НАЧАЛО НАШЕЙ ИСТОРИИ. Примерно сто лет назад в среде физиков и астрономов началось особо активное обсуждение истории Вселенной. В значительной мере это связано с появлением новых описаний нашего мира, таких, в частности, как опубликованная в 1916 году Общая теория относительности. Глубокие размышления, смелые расчёты и, казалось бы, безупречные математические модели поначалу рисовали совершенно разные картины — от неподвижного, как бы застывшего огромного звёздного мира до мира, который родился в немыслимом взрыве и вот уже почти 15 миллиардов лет разлетается, превращаясь в атомы, пылевые облака, звёзды, галактики.

Иногда на помощь теоретическим построениям приходят результаты, так сказать, практических работ — изучения реальных астрономических характеристик, которые могут что-то рассказать о далёком прошлом Вселенной. К числу таких работ относятся опубликованные в 1929 году итоги многолетнего изучения галактик. Эту работу выполнил американский астроном Эдвин Хаббл, очень поддержав её результатами сторонников Большого взрыва. Оказалось, что все галактики как бы уходят из области, где начинался взрыв.

Движение галактик оценивалось по изменению известной длины волны (частоты) их светового излучения, которое появляется, когда электроны переходят на более близкую к ядру орбиту. Мы точно знаем появившуюся при этом частоту (длину волны) излучения, если оно создавалось в неподвижной звезде (2). Более того, заглянув в свой справочник, мы можем сказать, какое вещество создало излучение именно с этой длиной волны (частотой). Так, по спектрограмме солнечных лучей в 1868 году на Солнце был открыт химический элемент гелий, который на Земле, где гелия мало, нашли лишь через много лет.

Но если излучение создаётся в веществе, которое быстро удаляется от приёмника спектроскопа (3), то принятая им волна окажется длиннее. Это явление называется эффект Доплера, оно известно широкой публике: когда поезд удаляется от нас, гудок становится более низким, более басистым, длина услышанной нами звуковой волны становится больше. На экране спектроскопа удлинение световой волны отразится так — чёрточка, соответствующая принятой волне, сдвинется вправо, в сторону более длинных волн, чаще всего в сторону красного цвета. Как принято говорить, произойдёт красное смещение.