Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Уже простейшие опыты с натиранием стекла и пластмассы говорят о том, что электричество может работать, ну скажем, перемещать какие-то грузы. Или приводить в движение машины, подобно тому, например, как гравитационные силы вращают жернова водяной мельницы (работает падающая, притягиваемая к земле вода). В принципе работоспособность электричества огромна, значительно больше, чем работоспособность гравитации. Если стеклянную и пластмассовую палочки размером с карандаш расположить на расстоянии метра, то под действием гравитационных сил они будут притягиваться одна к другой, как и любые две массы. Но сила этого притяжения будет в миллиарды миллиардов раз меньше, чем сила самого чахлого комарика. А вот если наэлектризовать эти палочки-карандаши, уменьшить на один процент число электронов в стекле и увеличить на один процент число электронов в пластмассе — обратите внимание: всего на один процент! — то палочки будут притягиваться с такой силой, что смогут сдвинуть с места железнодорожный состав из многих миллиардов вагонов!

Почему же в наших опытах электрических сил едва хватало на то, чтобы подтянуть вверх легкие бумажки? Только потому, что натиранием мы нарушили электрическое равновесие у очень небольшого числа атомов.

И все же в использовании электрической энергии техника не пошла по пути машин с большими, сильно наэлектризованными деталями. В современных электрических машинах и установках всех типов работают детали, наэлектризованные самой природой, — мельчайшие частицы вещества, с которыми мы встретились на нашей экскурсии в мир атомов и молекул.

* * *

5. Масса бывает только одного сорта, и две массы могут только притягиваться, а электрические заряды бывают двух сортов, в разных комбинациях они могут и притягиваться и отталкиваться.

6. Упрощенная модель атома; в центре — тяжелое ядро (электрический заряд «+»), вокруг него вращаются электроны (заряд «-»). Ядро («+») притягивает электроны («-»), не дает им улететь, и атом оказывается устойчивой системой (Т-16).

7. Электрический ток: упорядоченное движение свободных зарядов; они сталкиваются с неподвижными атомами, при ударах выделяется тепло (Т-31).

8. Ток могут создавать как электроны, так и положительные ионы (Т-42).

9. Для упрощения картины условились считать, что ток создают только положительные заряды, и этот условный ток течет, разумеется, от «плюса» к «минусу» (Т-42).

Глава 3 Завод, где работают электроны

Т-21. В некоторых веществах электроны и ионы могут находиться в свободном состоянии. 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 ионы и электроны. Причем иметь их в свободном состоянии, чтобы можно было эти микроскопические детали перемещать, двигать и тем самым заставить их выполнять какую-то работу.

Повседневный опыт приучил нас, что твердые тела и жидкости имеют плотную, непрерывную структуру. А вместе с тем структура у них, если можно так сказать, ажурная. Любое вещество — вода, бумага, мрамор, сталь — больше напоминает редкую волейбольную сетку, чем плотный клубок ниток. Мы, конечно, не можем увидеть эту ажурность, сетчатость, но точными физическими исследованиями установлено, что в атоме сгустки вещества — атомные ядра и электроны — находятся друг от друга на расстояниях, во много раз превышающих размеры этих частиц. Так, скажем, 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 все остальное — пустота. Ну а расстояния между соседними атомами в этом масштабе совсем уже огромны — это десятки и сотни километров!

Ажурные атомные конструкции, огромные пространства между атомами — вот первая особенность строения вещества, которую важно знать конструкторам электрических заводов, где будут работать электроны.

А вот вторая.