Волшебная лампа

Было известно, что существуют два рода электрических зарядов — положительные и отрицательные, что одноименные заряды оттачиваются, а разноименные притягиваются. Движение электрических зарядов по проводникам назвали электрическим током. Знали, что электрический ток, протекая по проводнику, вызывает нагревание проводника, отклоняет магнитную стрелку, взаимодействует с другим проводником, обтекаемым током, и т. п. Направлением электрического тока условились считать течение электрозарядов от положительного полюса к отрицательному. Так, например, при погружении в серную кислоту медной и цинковой пластинок на медной получался электрический заряд положительного знака, а на цинковой — отрицательного. Поэтому стали считать, что в данном случае ток течет от меди к цинку.

С такими поверхностными знаниями об электричестве нельзя было понять сущность открытого Эдисоном явления, и оно осталось на долгое время загадочным «эффектом».

Но время шло. Наука все глубже и глубже проникала в тайны строения вещества, в тайны электричества.

Ученые узнали, что простейшие вещества, или, как их еще называют, элементы, вовсе не так просты, а состоят из атомов.

Атомы различных веществ, соединяясь друг с другом в группы — молекулы, образуют сложные вещества. Так, например, два атома водорода, соединившись с одним атомом кислорода, образуют молекулу воды.

В свою очередь, атом также имеет сложное строение. В центре атома расположено ядро, состоящее из частиц, заряженных положительно, — протонов, и частиц не заряженных — нейтронов. Ядро в целом поэтому обладает положительным зарядом.

Вокруг ядра вращаются чрезвычайно маленькие частицы отрицательного электричества, которые называются электронами. По величине заряд электрона равен заряду протона.

В зависимости от того, из какого числа электронов, протонов и нейтронов состоит атом, получается тот или иной элемент. Простейший из атомов — атом газа водорода — состоит из одного протона и одного электрона.

«ПОРТРЕТ» ЭЛЕКТРОНА

Электроны так малы, что их нельзя увидеть даже в самый сильнейший микроскоп, но ученым все же удалось узнать интересные подробности об этих мельчайших частичках электричества.

Действительная форма электрона ученым пока еще не известна, но размеры его, массу и электрический заряд они уже установили. Если предположить, что электрон имеет форму шарика, то диаметр его будет около 3/10 000 000 000 000 сантиметра. Чтобы удобнее было читать и главное осознавать такие цифры, принято писать эту дробь так: 3·10^-13 сантиметра.

Вот это и есть «диаметр» электрона.

Примерно такие же размеры имеет и протон. Но объем атома значительно больше электрона и протона.

Если бы мы увеличили атом водорода до размеров футбольной площадки, то ядро его представляло бы шарик, величиной с маленькую горошинку, лежащую на середине площадки, а вокруг по беговой дорожке каталась бы другая такая же горошинка — электрон. Между ядром и электроном простирается пустота, но проникнуть в нее никаким другим «горошинам» — электронам и протонам — не так-то просто.

Масса электрона составляет 9·10^-28 грамма. Насколько мала эта масса, можно заключить из следующего примера: чтобы получить 1 грамм электронов, их надо взять больше 10²⁷ штук. Если бы мы захотели сосчитать эти электроны и засадили бы за счетную работу всех людей в мире — два миллиарда человек, а для ускорения разрешили бы им перекладывать электроны порциями по одному миллиону штук в одну секунду, то при условии, что они считали бы без перерыва дни и ночи, им потребовалось бы для этого малопродуктивного занятия 17 600 лет.

Ученые определили также, чему равен электрический заряд электрона. Он настолько мал, что через обычную электрическую стосвечовую лампочку, включенную в сеть напряжением в 220 вольт, проходит в течение каждой секунды колоссальное, воистину астрономическое количество электронов, равное 1 430 000 000 000 000 000!

«ДОМОСЕДЫ» И «ПУТЕШЕСТВЕННИКИ»

Суммарный отрицательный заряд вращающихся вокруг ядра электронов равен положительному заряду ядра, поэтому атом представляется электрически нейтральным — незаряженным. Но если каким-либо способом удалить из атома один или несколько электронов, то положительный заряд ядра не будет уравновешиваться зарядом электронов и атом в целом будет обладать некоторым положительным зарядом. Такой заряженный атом называется ионом. Ион, обладая положительным зарядом, стремится притянуть к себе могущие оказаться поблизости свободные электроны, чтобы снова стать нейтральным атомом.

В некоторых веществах электроны прочно связаны со своими атомами. Как публика в театре занимает места «согласно взятым билетам», так и электроны в таких веществах крепко держатся за осой ядра и не лезут в «чужие» атомы.

Электрический ток, представляющий собой организованное передвижение электронов в каком-либо определенном направлении, в таких веществах невозможен. Такие вещества являются изоляторами, или, как их еще называют, диэлектриками.