Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Т-23. Проводники, полупроводнику изоляторы — вещества с различным содержанием свободных электрических зарядов. Количество свободных зарядов в каком-либо веществе зависит от многих факторов. Например, от чистоты вещества — бывает, что небольшие количества примеси способствуют или, наоборот, препятствуют появлению свободных электронов или ионов. У некоторых веществ число свободных электронов можно 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 колебания атомов и молекул, тем больше слетает с них электронов. И конечно же, число свободных зарядов в веществе зависит от того, какое это вещество, насколько крепко в его атомах внешние электроны привязаны к ядру, насколько легко им вырваться на свободу. И оттого, насколько велики атомы, насколько густо 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).

Специалисты по электричеству привыкли делить все вещества на три основные группы — проводники, полупроводники и диэлектрики (изоляторы). К проводникам относятся вещества, в которых свободных зарядов очень много. Полупроводники — это те вещества, в которых свободных зарядов немного, но все же они есть. В диэлектриках свободных зарядов очень мало, почти нет (Р-7).

Р-7

В диэлектриках все электроны крепко связаны с ядром и редко какой-то из них может вырваться на свободу. Нужно пересмотреть миллиарды миллиардов атомов диэлектрика, чтобы отыскать среди них один положительный ион, один атом, упустивший какой-нибудь свой электрон.

Теперь о проводниках.

К проводникам относятся все металлы. У них 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 выражение «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, дистиллированная вода — это изолятор, свободных зарядов в ней очень мало. Но стоит бросить в воду щепотку соли, как она становится проводником — соль растворяется, образует в воде большое количество свободных положительных и отрицательных ионов.

О полупроводниках пока умолчим. Это вещество со сложным характером. Придет время, и мы поговорим о них особо.

Не требуется, по-видимому, пояснять, что полноводная река работает лучше, чем тонкая струйка воды из водопроводного крана. Вот так большое число движущихся свободных зарядов при прочих равных условиях может выполнить большую работу, чем малое их количество. И если мы хотим увидеть от движущихся зарядов настоящую работу, нужно привлечь к делу как можно больше этих зарядов. А значит, нужно организовывать движение свободных зарядов не в диэлектрике, где их очень мало, а в проводнике, где зарядов-работников огромное количество.

Т-24. Генератор и нагрузка — основные элементы электрической цепи. Завод, где работают свободные электроны или ионы, получил название «электрическая цепь». Слово «цепь» в этом названии появилось потому, что заряды, как правило, последовательно, поочередно проходят по нескольким цехам, нескольким участкам, как бы по звеньям цепочки.

Какой бы сложной ни была электрическая цепь, в ней обязательно есть два основных участка, два главных цеха. В одном из них свободные заряды получают энергию. Это генератор. На другом участке, в другом главном цехе заряды отдают полученную энергию. Этот цех называют нагрузкой — он нагружает генератор, отбирает у него энергию, использует ее для выполнения полезной работы. Так, например, в нагрузке свободные заряды — электроны и ионы, — которые генератор заставил двигаться, сталкиваются с «местными» атомами, ударяют по ним, и в результате этих ударов в нагрузке выделяется тепло или свет (Р-8).

Р-8

Генератор и нагрузка эти элементы входят в любую схему использования энергии, в любое устройство, предназначенное для выполнения каких-либо работ. Возьмем, к примеру, водяную мельницу. Могучие силы природы — солнце и ветер — испаряют воду с поверхности земли, собирают ее в прекрасные белые облака и выплескивают обратно на землю, в том числе на горные вершины. С гор вода течет вниз, сливается в русла быстрых рек.

Так работает генератор, он создает потоки воды, снабжает их энергией.