Електричні явища стали відомі людині спочатку в грізної формі блискавки - розрядів атмосферної електрики, потім було відкрито і досліджено електрику, що отримується за допомогою тертя (наприклад, шкіри об скло і т. Д.); нарешті, після відкриття хімічних джерел струму (гальванічних елементів в 1800 р) виникла і швидко розвинулася електротехніка. У Радянській державі ми були свідками блискучого розквіту електротехніки. Російські вчені чимало сприяли такому швидкому прогресу.
Схеми будови атома гелію і урану.
Проте важко дати просту відповідь на питання: «Що таке електрика? ». Можна сказати, що «електрику є електричні заряди і пов'язані з ними електромагнітні поля». Але така відповідь вимагає грунтовний-них подальших роз'яснень: «Що таке електричні заряди і електромагнітні поля?» Поступово ми покажемо, наскільки складно по суті поняття «електрику», хоча дуже по-дрібно вивчені надзвичайно різноманітні електричні яв-лення, а паралельно з більш глибоким їх розумінням розширити-лась і область практичного застосування електрики.
Винахідники перших електричних машин представляли се-бе електричний струм як рух особливої електричної жид-кістки в металевих дротах, але для створення електронних ламп необхідно було знати електронну природу електричні-ського струму.
Сучасне вчення про електрику тісно пов'язане з ура-ням про будову речовини. Щонайменшої часткою речовини, з-яке береже його хімічні властивості, є молекула (від лат. Слова "moles" - маса).
Ця частка дуже мала, наприклад, молекула води має діаметр близько 3/1000 000 000 = 3/10 8 = 3 * 10 -8 см. І обсяг 29.7 * 10 -24.
Схема рух заряджених частинок в провіднику.
Щоб уявити собі наочніше, наскільки малі такі молекули, яке величезне число їх поміщається в невеликому обсязі, здійснимо подумки наступний досвід. Якимось спо-собом відзначимо все молекули в чарці води (50 см 3) і вилити цю воду в Чорне море. Уявімо, що молекули, держав-шиеся в цих 50 см 3, рівномірно розподілилися в усьому об-Ширн світовому океані, який займає 71% площі зем-ного кулі; Зачерпніть потім з цього океану, хоча б у Воло-дівостоке, знову чарку води. Чи є ймовірність знайти в цій чарці хоча б одну з мічених нами молекул?
Обсяг світового океану величезний. Його поверхня - 361,1 млн.км 2. Його середня глибина - 3795 м. Сле-послідовно, його обсяг - 361,1 * 10 6 * З, 795 км 3, т. Е. Близько 1 370 ТОВ ТОВ км 3 = 1,37 * 10 9 км 3 - 1,37 * 10 24 см 3.
Але в 50 см 3 води міститься 1,69 * 10 24 молекул. Следова-кові, після перемішування в кожному кубічному сантиметрі води океану буде находіться- 1.69 / 1.37 мічених молекул, і в нашу чарку у Владивостоці потрапить близько 66 мічених молекул.
Як не малі молекули, але вони складаються з ще менших ча-стіц - атомів.
Атом є найменша частина хімічного елемента, є-ющаяся носієм його хімічних властивостей. Під хімічним еле-ментом прийнято розуміти речовина, що складається з однакових атомів. Молекули можуть утворювати однакові атоми (на-приклад, молекула газу водню Н2 складається з двох атомів) або різні атоми (молекула води Н2 0 складається з двох атомів водню Н2 і атома кисню О). В останньому випадку при розподілі молекул на атоми хімічні і фізичні властивості речовини змінюються. Наприклад, при розкладанні молекул жид-кого тіла, води, звільняються два газу - водень і кисень. Число атомів в молекулах різному: від двох (у молекулі водо-роду) до сотень і тисяч атомів (у білків і високомолекулярних сполук). Ряд речовин, зокрема метали, не утворює молекул, т. Е складається безпосередньо з атомів, не пов'язаних всередині молекулярними зв'язками.
Схема пристрою атома.
Довгий час вважали атом щонайменшої часткою матерії (сама назва атом походить від грецького слова атомос- неподільний). В даний час відомо, що атом представля-ет собою складну систему. У його ядрі зосереджена велика частина маси атома. Навколо ядра по певних орбітах звертаються найлегші електрично заряджені елементарні частинки - електрони подібно до того, як планети обертаються навколо Сонця. Сили тяжіння утримують планети на їх орбітах, а електрони притягуються до ядра електричними силами. Електричні заряди можуть бути двох різних ви-дів: позитивними і негативними. З досвіду ми знаємо, що взаємно притягуються лише різнойменні електричні заряди. Отже, заряди ядра і електронів теж повинні бути різні за знаком. Умовно прийнято вважати заряд елек-тронів негативним, а заряд ядра позитивним.
Всі електрони незалежно від способу їх отримання мають однакові електричними зарядами і масою 9,108 * 10 -28 м Отже, електрони, що входять до складу атомів будь-яких елементів, можна вважати однаковими.
Разом з тим заряд електрона (його прийнято позначати е) є елементарним, т. Е. Найменшим можливим електрич-ного зарядом. Спроби довести існування менших за-рядів виявилися безуспішними.
Належність атома до того чи іншого хімічного еле-менту обумовлюється величиною позитивного заряду ядра. Загальний негативний зарядZ електронів атома дорівнює поло-тивних заряду його ядра, отже, величина поклади-ного заряду ядра повинна битьeZ. Число Z визначає ме-сто елемента в періодичній системі елементів Менде-лей.
Частина електронів в атомі знаходиться на внутрішніх орбітах, а частина - на зовнішніх орбітах. Перші щодо міцно утримуються на своїх орбітах атомними зв'язками. Другі можуть порівняно легко відділятися від атома і переходити до іншого атому або ж деякий час залишатися вільними. Ці електрони зовнішніх орбіт визначають електричні та хі-мічні властивості атома.
Схема структури протона.
Поки сума негативних зарядів електронів дорівнює поло-тивних заряду ядра, атом або молекула нейтральні. Але якщо атом втратив один або кілька електронів, то внаслідок надлишку позитивного заряду ядра він стає позитивними-ним іоном (від грец. Слова іон - йде). Якщо ж атом захопив зайві електрони, то він служить негативним іоном. Таким же шляхом іони можуть утворюватися з Нейт-ральних молекул.
Носіями позитивних зарядів в ядрі атома є протони (від грец. Слова «протос» - перший). Протон служить ядром водню - першого елемента в таблиці періодичної системи. Його позитивний заряд е + чисельно дорівнює негативні-тельному заряду електрона. Але маса протона в 1836 разів біль-ше маси електрона. Протони разом з нейтронами утворюють ядра всіх хімічних елементів. Нейтрон (від лат. Слова «neuter» - ні той, ні інший) не володіє зарядом і його маса в 1838 разів більше маси електрона. Таким чином, основними частинами атомів є електрони, протони і нейтрони. З них протони і нейтрони міцно утримуються в ядрі атома і лише електрони можуть переміщатися всередині речовини, а поло-тивних заряди в звичайних умовах можуть переміщатися лише разом з атомами у вигляді іонів.
Кількість вільних електронів в речовині залежить від будови його атомів. Якщо цих електронів багато, то дана речовина добре пропускає через себе рухомі електричні-ські заряди. Воно називається провідником. До провідникам від-носяться всі метали. Особливо хорошими провідниками є-ються срібло, мідь і алюміній. Якщо під тим чи іншим зовн-ним впливом провідник втратив частину вільних електро-нів, то переважання позитивних зарядів його атомів со-здаст ефект позитивного заряду провідника в цілому, т. Е. Провідник буде притягувати негативні заряди - свобод-ні електрони і негативні іони . В іншому випадку при надлишку вільних електронів провідник буде заряджений отри-цательного.
Ряд речовин містить дуже мало вільних електронів. Та-кі речовини називаються діелектриками або ізолятора-ми. Вони погано пропускають або практично не пропускають елек-тричних заряди. Діелектриками є фарфор, скло, Ебо-ніт, більшість пластмас, повітря і т. Д.
В електротехнічних пристроях по провідникам рухаються електричні заряди, а діелектрики служать для направлення цього руху.