Электричество шаг за шагом - [25]

И ещё одна профессия движущихся зарядов, в данном случае свободных ионов. Создать поток ионов — это означает создать поток вещества. Ионы ведь тоже атомы, и не страшно, если у них недостаёт одного-двух электронов или есть лишняя пара электронов. Потому что атом — это, прежде всего, ядро, недостающие электроны всегда можно где-нибудь подхватить (Т-8), а лишние сбросить. В то же время ион хотя и атом, но не обычный, не нейтральный, а всё же особый — наэлектризованный. И можно двигать ионы электрическими силами, перебрасывать из одного района в другой. Так, например, перебрасывая из растворов на поверхность какого-либо предмета ионы меди, никеля, хрома, серебра, золота, наносят на этот предмет тонкие металлические покрытия.

Мы пока ещё, к сожалению, не готовы к рассказу о главной профессии электрического тока, то есть упорядоченного потока свободных электронов и ионов, — с их помощью можно выполнять механическую работу, например вращать дискету, двигать диффузор громкоговорителя, тянуть электропоезда. Но даже уже известные нам профессии движущихся зарядов — производство тепла, света, транспорт вещества — стоят того, чтобы подробнее познакомиться с машинами и установками, где эти движущиеся заряды работают.

Т-35. Проводники, полупроводники, изоляторы — вещества с различным содержанием свободных электрических зарядов. Не во всяком веществе есть свободные электрические заряды в заметном количестве, а там, где они есть, их количество зависит от многих факторов. Например, от чистоты вещества: бывает, что небольшая добавка, небольшая доля примеси очень способствует появлению свободных зарядов. У некоторых веществ число свободных электронов можно значительно увеличить, если облучать эти вещества светом, — свет просто выбивает электроны из атомов. У других веществ такой же эффект наблюдается под действием рентгеновского излучения. Количество свободных зарядов зависит также от температуры — чем она выше, тем интенсивнее собственные тепловые колебания атомов и молекул, тем больше слетает с них электронов (Т-8). И, конечно же, число свободных зарядов в веществе прежде всего зависит от того, какое это вещество, насколько крепко в его атомах внешние электроны привязаны к ядру, насколько легко им вырваться на свободу. И ещё от того, насколько велики атомы, насколько близко один к другому они расположены и долго ли сможет свободный электрон бродить в межатомном пространстве, не подвергаясь опасности наткнуться на свободное место в атоме и вновь очутиться на орбите (Т-8).

ВК-40. Работу (обычно обозначается буквой А) в механике принято оценивать как силу, действовавшую на определённом участке пути. Единица работы — джоуль (Дж). Он соответствует работе, которую совершит сила в 1 ньютон, действующая на пути в 1 метр. Джоуль можно представить себе как работу, которая выполняется при поднятии полстакана молока на высоту одного метра. В джоулях измеряется также энергия, где-либо запасённая или затраченная на выполнение определённой работы.

Р-12. НО, МОЖЕТ БЫТЬ, ГДЕ-ТО ЧТО-ТО ВЫШЛО ИНАЧЕ. Другой пример (первый см. Р-11) такой рабочей находки — реликтовое, то есть древнейшее, радиоизлучение, оставшееся во Вселенной со времён Большого взрыва. Это излучение в 1968 году обнаружили американские астрофизики Арно Пензиас и Роберт Вильсон, занимаясь подготовкой антенны в установке для связи с космическими аппаратами. Находка решительно подтвердила созданную теоретиками картину Большого взрыва, в котором с самого начала участвовала сверхплотная и сверхгорячая материя. Из неё через много тысячелетий сформировались некоторые привычные для нас теперь атомы, а ещё позже — сгустки газа и звёзды, в том числе наше Солнце.

Обнаруженное на Земле реликтовое излучение вдохновило американских и европейских космических специалистов на создание спутников для его исследования в открытом космосе, свободном от земных помех. В 2006 году начали публиковаться интересные результаты проведённых измерений. В их числе, например, данные о некоторых изменениях уровня реликтового излучения в разных точках небосвода, а также данные, с высокой точностью подтвердившие важные элементы теории Большого взрыва (1).

Результатами последних исследований реликтового излучения пытаются поддержать теорию инфляционного (от латинского слова «инфлатио» — «вздутие») расширения нашего мира. Она полагает, что после Большого взрыва наша Вселенная расширялась с разной скоростью. Во времена особо быстрого расширения она создавала связанные с нашей Вселенной, но уже самостоятельно живущие её части (2) — вселенные, в которых могут идти совершенно другие процессы и действовать иные физические законы.

Все вещества принято делить на три основные группы: проводники, полупроводники и диэлектрики, которые иногда называют изоляторами.

О проводниках мы уже говорили — это, прежде всего, металлы, в их атомах внешние электроны связаны с ядром очень слабо, и почти каждый атом превратился в положительный ион, выпустил в межатомное пространство один или даже несколько электронов. В металлах так много свободных электронов, что по отношению к ним применяют выражения «электронный газ» или «электронная пыль». Проводниками могут быть жидкости и газы. «Могут быть» в данном случае нужно понимать так: количество свободных зарядов в жидкости (или в газе) зависит от того, какие вещества в ней растворены, какие химические процессы происходят. Например, в дистиллированной воде свободных зарядов чрезвычайно мало, практически можно считать, что их нет вообще. Но стоит бросить в дистиллированную воду щепотку соли, как вода становится проводником — соль растворяется, образует в воде большое количество свободных положительных и отрицательных ионов. При определённых условиях хорошими проводниками становятся некоторые газы, в этом можно убедиться, взглянув на горящую лампу дневного света (Т-177).