Петербург

— То, чем заниматься будем, сложно безмерно. Всего и сам объяснить не могу. Кто поймет, что не его это борозда — не стыдитесь. Дела наши и в московской академии не все разумеют. Ну а теперь приступим, помолясь…

Безумно сложно объяснить то, что сам плохо представляешь, да еще простыми словами. Для начала, наша аналогия электричества с рекой была неполной. Почему? Вот тут и первый подводный камень. Течение электричества в металле выглядит сложнее, благо, про атомы и их устройство уже рассказывал. Так вот, оторванные, или добровольно отданные электроны в атомах образуют одно течение электрической реки. Так как электроны имеют отрицательный заряд — они и текут от минуса источника напряжения, отталкиваясь от него, к плюсу, притягиваясь. Но, в это же время атом, лишившийся электрона, приобретает некоторый положительный заряд и начинает движение в противоположном направлении от плюса к минусу. Такие атомы, потерявшие электрон и за счет этого ставшие из нейтральных заряженными, называют ионами.

Вот и выходит, что наша электрическая река течет сразу в обоих направлениях, как это происходит с течениями пролива Босфор. К плюсу бегут электроны, к минусу ионы, если их не держат кристаллические решетки материалов. По дороге, безусловно, идет сложный процесс, когда атомы, которым недостает электрона, хватают его из пролетающих мимо чужих электронов, потом снова теряют, опять хватают и так далее. Суматошное, у электрической реки, течение.

Если привести образную картинку из моей истории, то электрическая река больше всего похожа на колонну демонстрантов, идущих по улицам. У каждого демонстранта в руке по шарику воздушному, а то и несколько шариков. Демонстранты будут у нас «атомами» а шарики у них в руках — «электронами». И вот, к этой колонне демонстрантов «подключили» полюса гальванической батареи — это равносильно тому, что подул вдоль улицы ветер, вырывая из рук демонстрантов шарики и таща их вдоль толпы. Те, у кого шарик вырван ветром из рук, пытаются поймать себе новый, из пролетающих мимо, некоторые ловят, некоторые нет, у тех, кто поймал, бывает опять шарик вырывает. Но в целом, ветер тянет шарики вдоль демонстрации, а демонстранты наклоняются вперед и начинают идти против ветра, так как там трибуны и им надо именно туда. Показательный пример. Жаль только, в этом времени его не расскажешь.

Зачем нам эти подробности? Чтоб разобраться, как электрическая река ведет себя в разных материалах. Если в материале много свободных электронов — река течет мощно и плавно. Такие материалы называют проводниками. Чем больше свободных электронов, тем лучше, и с меньшим сопротивлением течет река. Лучше всего это происходит в серебре. В меди похуже, в железе еще хуже и так далее. А что будет, если на пути такой реки встретятся «камни»? Правильно. Реке станет сложнее течь. И если камней навалить много, можно и всю реку запрудить.

Что же это за камни? Это инородные атомы других материалов, попавшие в проводник. Так что, серебро с примесями может проводить электричество хуже, чем чистая медь. Именно по этому мы жидкую медь продуваем воздухом, как железо, чтоб выжечь из нее как можно больше примесей. Да и твердые инородные включения внутри расплава меди, прилипают к пузырькам продуваемого воздуха, всплывая в пену и очищая медь еще больше. Без очистки у нас бы все провода грелись, вместо того, чтоб электричество пропускать.

Есть и другие материалы, чьи атомы свои электроны крепко держат, не желая их отдавать. Соответственно, свободных электронов и ионов в таких материалах нет, или почти нет, и электричество они не могут проводить. Такие материалы можно назвать «не проводниками» или изоляторами, но их стали называть диэлектриками. Хотя есть у этих материалов один нюанс. Атомы хоть и крепко держат свои электроны, но если начать увеличивать напряжение на плюсе и минусе подключенной к диэлектрику батареи — рано или поздно настанет такое напряжение, которое вырвет электрическими полями электрон из слабеющих объятий атома — и тогда ток потечет через диэлектрик. Такое напряжение называют «пробоем». И его надо знать для каждого изолятора, чтоб не допускать пробои электричества, сквозь изолированную диэлектриком оболочку кабеля.

Если вспомнить пример с демонстрантами, то диэлектрики это те демонстранты, которые свои шарики держат жуть как крепко. Некоторые даже шарики под плащ запихнули, чтоб их ветром точно не унесло. И, тем не менее, всегда найдется ветер такой силы, что вырвет шарики, сорвет плащ или еще что похуже сделает. При этом понятно, что после такого ветра демонстрантам будет весьма плохо — можно сказать, вся демонстрация будет загублена. Посему, пробоя желательно всячески избегать.

Проводник и диэлектрик это два «полюса» веществ. Но есть между этими полюсами и промежуточные состояния — «не то, ни се». Их можно называть полу диэлектриками или полупроводниками. Мы их будем называть полупроводниками, так как нас интересует именно ток электрической реки через них, а не его отсутствие.