Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

В любом веществе всегда найдется некоторое количество атомов, потерявших электроны со своих внешних орбит. В твердом теле атомы как бы закреплены в определенных точках пространства, связаны друг с другом в прочный каркас. В жидкостях атомы связаны слабее, могут смещаться, именно поэтому жидкость «мягкая», она легко изгибается, течет. Во всех случаях атомы совершают какие-то небольшие движения, колеблются, пошатываются, причем тем сильней, чем выше температура вещества. Только при абсолютном нуле, при температуре 0 градусов по шкале Кельвина (0 К; минус 273,16 градуса по шкале Цельсия; получить такую температуру пока никому не удалось, хотя подошли к ней очень близко — остались миллионные доли градуса), собственные хаотические движения атомов затихают. В процессе этих хаотических, как их называют, тепловых колебаний атомы, 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, они свободны, и эти свободные электроны вполне можно было бы использовать в качестве движущихся деталей электрических машин (Р-5;3).

Р-5;3

Запомним, в твердом веществе могут быть свободные электроны. А теперь перейдем к жидкостям и газам.

Атом, потерявший один или несколько электронов, — это положительный ион. В твердых 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, еще свободные электроны (Р-5;4).

Р-5;4

Итак, в веществе существуют свободные электрические заряды. И есть свободное пространство, где они могут двигаться. Теперь попробуем выяснить, какую пользу можно получить от такого движения зарядов, какую работу эти заряды могут выполнять.

Т-22. Движущиеся свободные электроны (ионы) могут создавать тепло и свет, участвовать в транспортировке вещества. Если бить молотом по куску железа, то оба они сильно нагреются: энергия движущегося молота в процессе удара превращается в тепло. По той же причине быстрый поток песчинок, выбрасываемый пескоструйным аппаратом, попав на гранитную плиту, не только очищает ее, но еще и нагревает.

Если в каком-либо веществе создать поток электронов или свободных ионов, то, сталкиваясь с атомами вещества и друг с другом, эти движущиеся частицы будут нагревать вещество — удар всегда удар. Тепловое действие, нагревание — первая профессия движущихся зарядов (Р-6;1,2).

Р-6;1,2

Вторая их профессия — излучение света. Если хорошо разогнать свободные заряды, то они будут ударять по атомам вещества с такой силой, что те начнут светиться, как, скажем, светится сильно нагретый кусок железа.

И еще одна профессия движущихся зарядов. Создать поток ионов — это означает создать поток вещества, ионы — это ведь тоже атомы, а тот факт, что у них недостает электронов или есть лишние электроны, позволяет двигать их 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 (Р-6;3). Или наоборот — если создать поток ионов из какого-либо вещества в раствор, можно очистить это вещество от тех или иных примесей.

Р-6;3

Мы пока еще, к сожалению, не готовы к рассказу о главной профессии свободных электронов и ионов — они еще умеют выполнять механическую работу, вращать диск электрофона, двигать диффузор громкоговорителя, тянуть электропоезда. Но даже известная уже нам продукция движущихся зарядов — тепло, свет, транспорт вещества — стоит того, чтобы подробнее познакомиться с машинами и установками, где эти движущиеся заряды работают.