Электричество шаг за шагом

ВК-36.Настало время перейти к более серьёзному знакомству с электричеством, с его схемами, приборами, процессами. А для этого нужно научиться количественно оценивать многие уже знакомые нам электрические характеристики, так же, например, как мы привыкли количественно оценивать продукты и товары у магазинного прилавка. Вы ведь не попросите продавца взвесить вам много сахара или продать мало пакетов молока. Вы обязательно назовёте единицу измерения и цифру, которая к ней относится.

Квантовая физика открыла удивительный и странный мир, знакомство с ним требует немалых усилий, умения поверить в то, во что поверить непросто. Много сделавший для становления квантовой физики А. Эйнштейн не мог смириться с её вероятностной природой: «Господь Бог в карты не играет». Даже профессионалы жалуются, что не могут представить себе странный квантовый мир, ищут способы как-то обмануть своё воображение.

Из-за всех этих сложностей авторы учебных и популярных книг стараются не привлекать непростые квантовые представления и всё, что возможно, обычно поясняют с простых и наглядных классических позиций. По той же причине в наших рассказах об электричестве использованы добрые старые очень упрощённые модели, ими наполнено большинство учебников, к знакомству с которыми мы готовимся. И всё же, пользуясь этими моделями, нужно хоть изредка вспоминать, что реальный мир сложнее и что квантовая физика уже многое открыла в этой сложности.

Т-33. Электроны и ионы могут находиться в свободном состоянии и перемещаться в межатомном пространстве. Есть хорошая французская поговорка: «Для того чтобы сделать рагу из зайца, нужно как минимум иметь зайца». По аналогии можно сказать: для того чтобы заставить ионы и электроны работать в электрических машинах, нужно как минимум иметь эти ионы и электроны. Причём иметь их не закреплёнными в структуре вещества, а в подвижном, в совершенно свободном состоянии, чтобы можно было эти микроскопические детали перемещать, двигать и тем самым заставить их выполнять какую-то работу.

ВК-37.Электрический заряд (обычно обозначается буквой q, или Q) электрона — мельчайшая порция отрицательного электричества, так же как заряд протона — мельчайшая порция положительного. Распространённая единица электрического заряда — кулон (сокращённо К), он равен суммарному заряду собранных вместе 6 280 000 000 000 000 000 (6,28 миллиарда миллиардов, или иначе 6,28∙10¹⁸) электронов или протонов. Кулон очень распространённая единица, через неё приходят к единицам тока и напряжения.

Повседневный опыт приучил нас, что твёрдые тела и жидкости имеют плотную, непрерывную структуру. А вместе с тем структура у них, если можно так сказать, ажурная, и любое вещество — вода, бумага, мрамор, сталь — больше напоминает редкую волейбольную сетку, чем плотный клубок ниток. Мы, конечно, не можем невооружённым глазом увидеть эту ажурность, сетчатость, но точными физическими исследованиями установлено, что сгустки вещества, в частности атомные ядра и электроны, находятся друг от друга на огромном по атомным масштабам расстоянии.

Так, если предположить, что атомное ядро имеет размеры футбольного мяча, то для соблюдения истинных пропорций нужно представить себе, как вокруг этого мяча на расстояниях в сотни и тысячи метров (!) вращаются электроны размером с горошину. А всё остальное — пустота. Ажурные атомные конструкции — вот первая особенность строения вещества, которую важно знать конструкторам электрических заводов, где будут работать электроны.

А вот вторая…