Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Нетрудно сообразить, куда будут двигаться свободные электроны в нашем проводнике — пластмассовая палочка своим отрицательным зарядом (—) будет отталкивать электроны (—), и они будут уходить от нее, стеклянная палочка своим положительным зарядом (+) будет тянуть к себе электроны (—), и они будут двигаться к ней. Таким образом поток электронов в проводнике будет направлен от того места, где их слишком много (—), к месту, где их не хватает (+). Короче — поток электронов будет двигаться от пластмассовой палочки к стеклянной, от «минуса» к «плюсу».

Но вот проходит некоторое время, и ток в проводнике прекращается. Избыточные, лишние электроны, которые как раз и создавали отрицательный заряд пластмассовой палочки, уйдут из нее в проводник, а из него свободные электроны в свою очередь уйдут в стеклянную палочку и займут пустовавшие там места — положительный заряд стекла появлялся именно из-за нехватки электронов. В итоге все атомы пластмассы, отдав лишние электроны, станут нейтральными, все положительные ионы стекла, получив недостающие электроны, станут нейтральными, и ток в проводнике прекратится. Произойдет это все практически мгновенно, и ток в нагрузке ничего наработать не успеет.

Можно придумать несколько типов электрических генераторов, которые, в отличие от наших палочек, могли бы длительное время поддерживать ток в нагрузке. В самом простом из них можно производить непрерывную электризацию двух дисков — стеклянного и пластмассового, прижав к ним для этого куски шерсти и шелка (Р-8;3).

Р-8; 3

Теперь, как только с пластмассового диска в проводниках начнут уходить избыточные электроны и отрицательный заряд диска начнет уменьшаться, прижатый кусок шерсти добавит в пластмассу еще какое-то количество электронов — в этом-то и состоит процесс электризации пластмассы, при натирании в нее попадают лишние электроны, выдираемые из атомов шерсти. Точно так же, когда из проводника начнут поступать электроны в стеклянный диск, прижатый к нему кусок шерсти будет эти электроны убирать — электризация стекла состоит именно в том, что при натирании из его атомов вырываются электроны и переходят на натирающий предмет, то есть на кусок шерсти (шелка). Казалось бы, что благодаря всему этому избыток и недостаток электронов на дисках генератора будет все время поддерживаться и в проводнике, подключенном к такому генератору, будет существовать непрерывный, непрекращающийся ток.

Но это только «казалось бы…». Между электрическими зарядами в наэлектризованных дисках, в шелке, в шерсти и свободными электронами, бегающими по проводнику, существуют довольно сложные отношения. Они приводят к странным на первый взгляд результатам, которые, однако, всегда объяснимы и справедливы. В электрической цепи неукоснительно действуют железные законы хозрасчета, и всякое событие происходит или не происходит в зависимости от соотношения многих разных сил, выступающих «за» или «против».

Мы подключили к нашему дисковому генератору металлический проводник-нагрузку, завращали диск, и по проводнику пошел ток. Однако, проникнув мысленным взором в проводник, мы увидим, что интенсивность упорядоченного движения электронов в нем постепенно снижается и через какое-то время тока уже вообще нет. Почему? А потому, что через некоторое время на куске шелка, собирающем электроны со стеклянного диска, скопилось так много этих электронов, что ни одной новой частицы шелк принять уже не может. Это легко понять — по мере накопления электронов на шелке, его отрицательный заряд (—) увеличивается и каждому новому электрону все труднее преодолеть отталкивающее действие этого заряда, выйти из стекла в шелковую тряпку. Точно так же, по мере выдирания электронов из куска шерсти, примыкающего к пластмассе, у этого куска будет все больший положительный заряд (+) и он со все возрастающей силой будет удерживать электроны (—), пытающиеся уйти в пластмассу.

Устранить эти неприятности и создать в проводнике-нагрузке непрерывный ток очень просто: соедините шерсть и шелк — тот кусок, что электризует стекло, и тот, что электризует пластмассу, — еще одним проводником. По этому проводнику «сверхнормативные» электроны будут переходить с куска шелка (—) на шерсть (+), а вместе с этим исчезнет препятствие для непрерывной электризации дисков и непрерывного движения зарядов по цепи. Теперь уже по замкнутой (Р-8).

Электрическая цепь с генератором, который мы до сих пор применяли, имеет ряд особенностей, и детально разобраться в том, что происходит в такой цепи, не очень просто. Трудности главным образом связаны с тем, что в генераторе использованы электроды из диэлектриков — стекла и пластмассы. (Электродами принято называть самые разные детали самых разных электрических машин и электронных приборов, в частности детали, к которым приходят или с которых уходят электрические заряды.) Нам, пожалуй, нет смысла тратить время для знакомства с данным типом генератора, а лучше перейти к генераторам, которые часто встречаются на практике.