Электричество шаг за шагом

Сравнительно недавно, лет 40–50 назад, начала активно развиваться и получать экспериментальное подтверждение физическая теория, согласно которой такие частицы, как протон и нейтрон (к электрону это не относится), состоят из ещё более мелких деталей — кварков (Р-9). У кварков электрический заряд меньше, чем у протона и электрона, и может составлять 1/3 или 2/3 от той порции электричества, которую имеет протон. Причём заряд кварков может быть как положительным, так и отрицательным. Однако та же теория предсказывает, что сами кварки выделить из протонов или других частиц и получить в «чистом виде» невозможно, а может быть, даже принципиально невозможно. Придравшись к этому, мы будем считать, так же как считалось до появления кварковых моделей, что положительный заряд протона и отрицательный заряд электрона — это самые малые порции электричества, которые можно обнаружить в природе.

Т-29. Атомы разных химических элементов различаются числом протонов в ядре. Простейшая планетарная модель атома, построенная нами, — спичечная коробка, которая вращается вокруг руки, это модель атома водорода. В его ядре — один протон (+), а на орбите — один электрон (-). Встречаются, хотя и сравнительно редко, атомы водорода, где в ядрах вместе с протоном находятся ещё и нейтроны. Это так называемые изотопы водорода — тяжёлый водород дейтерий с одним нейтроном и сверхтяжёлый водород тритий с двумя (Р-6). Но мы пока не будем принимать во внимание нейтроны, поскольку это частицы нейтральные, электрического заряда у них нет и на электрические свойства атомов они не влияют.

ВК-32.Электроны, упорядоченно двигаясь в проводнике, сталкиваются с его неподвижными атомами. И при каждом таком столкновении, как при любом ударе, выделяется тепло. Одно столкновение даёт неуловимо малую порцию тепла, но в токе участвуют миллиарды электронов, и их суммарное тепловое действие может быть вполне ощутимым. Отсюда две важные специальности электричества: электрический ток создаёт тепло и, сильно нагрев проводник, заставляет его светиться — создаёт свет.

Следующий по сложности после водорода — атом гелия. В его ядре уже два протона (нейтроны мы пока опять-таки не принимаем во внимание, хотя они есть и у гелия, и у всех более сложных атомов), а на орбите — два электрона. У лития — три протона и три электрона, у бериллия — четыре и четыре, у бора — пять и пять, у углерода — шесть и шесть, у азота — семь и семь и так далее. И вывод: один химический элемент отличается от другого числом протонов в ядре и, соответственно, числом электронов на орбитах. Всего в природе существует 92 разных сорта сравнительно устойчивых атомов с числом протонов в ядре от 1 до 92, это и есть 92 химических элемента. С учётом искусственных, живущих очень короткое время атомов (их получают на ускорителе и тут же «взвешивают», пока они ещё живы), химических элементов, как уже говорилось, известно 118.

У разных элементов разная способность вступать в химические реакции, соединяться в молекулы. На это и обратили внимание химики ещё в те времена, когда о строении атомов ничего не было известно. Сопоставив химические свойства некоторых элементов, Дмитрий Иванович Менделеев расположил их в определённом порядке в таблице, которая всему миру известна как таблица Менделеева. А потом, спустя много лет, оказалось, что порядок следования элементов в менделеевской таблице определяется числом протонов в атомном ядре — чем больше протонов, тем более далёкое место в этой таблице занимает элемент. Более того, порядковый номер элемента в таблице точно соответствует числу протонов в ядре у атомов этого элемента. Так, элемент № 1 (водород), как уже говорилось, имеет 1 протон, элемент № 3 (литий) — 3 протона, элемент № 6 (углерод) — 6 протонов, элемент № 13 (алюминий) — 13 протонов, элемент № 47 (серебро) — 47 протонов, элемент № 79 (золото) — 79 протонов, элемент № 92 (уран) — 92 протона. Электронов в атоме, ещё раз напомним, столько же, сколько протонов.