"Телефонное дело. Пособие для сержантского состава и курсантов учебных подразделений войск связи" - читать интересную книгу автора (Жуков Д. П.)

Согласно этой теории, все тела состоят из мельчайших частиц, называемых молекулами. Молекула - это наименьшая частица, которую можно отделить от тела и которая обладает всеми свойствами, присущими этому телу. Так, например, молекула железа имеет все свойства железа, а молекула воды - свойства воды и т. д. Если же мы будем продолжать деление молекулы, то части ее уже не будут обладать свойствами тела, в состав которого они входили. Эти мельчайшие частицы, составляющие молекулы веществ, называются атомами. Количество атомов и их строение в молекулах разных веществ различно.
Долгое время ученые считали атом неделимой частицей, и лишь в начале XX в. после многочисленных опытов удалось расщепить атом и в общих чертах определить его внутреннее строение.
Атом (рис. 1) любого вещества состоит из ядра и вращающихся вокруг негр по замкнутым кривым (орбитам) одной или нескольких элементарных (т. е. неделимых) частиц электричества -• электронов.
Ядро атома состоит из протонов, являющихся также элементарными частицами электричества, и мельчайших частиц, не имеющих электрического заряда, - нейтронов. Протоны и нейтроны настолько уплотнены в ядре атома, что объем, занимаемый ядром, чрезвычайно мал и во много раз меньше объема всего атома.
Установлено, что заряды электрона
^лектроны и протона равны по величине, но проти-
/--ф-"^ \. воположны по своему действию. При-
' хч "..Г4^ нято считать, что электрон обладает от-
\ ?*\ О^х рицательным электрическим зарядом, а
4 ''Т' ^\_ a XN протон - положительным. Следователь-
^ ( (c) | Р° ) но, ядро атома заряжено положительно.
/ ^^__4 ^S Чем же отличаются друг от друга
/ ^">~--"""' атомы различных веществ? Различие атс-
* / . мов состоит прежде всего в разном ко-
\ ^^(r)~-Электрон личестве протонов и нейтронов в их
~" ядрах, в силу чего неодинаков и положи-
Рнс. 1. Принципиальное тельный заряд ядер атомов различных строение атома веществ. Количество электронов у атомов различных веществ также не одинаково и определяется величиной положительного заряда ядра. Наконец, у атомов одних веществ электроны прочно связаны с ядром, в то время как у атомов других веществ эта связь значительно слабее.
В атоме любого вещества количество электронов, вращающихся вокруг ядра, равно количеству протонов, расположенных в ядре. Так как электрические заряды электрона и протона равны по величине и противоположны по своему действию, то и общий (суммарный) отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра. Эти заряды взаимно уравновешивают один другого, следовательно, сам атом электрического заряда не имеет и потому является нейтральным.
Электроны, вращающиеся каждый по своей орбите, составляют как бы оболочку вокруг ядра, которую принято называть электронной .оболочкой.
Ядро атома вместе с окружающей его электронной оболочкой находится в непрерывном движении. В жидких телах и газах это движение беспорядочное (хаотическое), а в твердых телах оно носит колебательный характер.
В процессе этого движения атомы сталкиваются друг с другом, в результате чего от них отрываются (вылетают из электронной оболочки) один или больше электронов. В этом случае атом перестает быть нейтральным и приобретает положительный заряд. Такое нарушение электронной оболочк-и свойственно атомам тех веществ, у которых чрезвычайно слабая связь между ядром и электронами. К таким веществам относятся все металлы и уголь, в противоположность другим твердым телам, таким, как дерево, стекло, эбонит, у которых связь электронов с ядром атома настолько прочна, что нарушения электронных оболочек атомов не происходит- Оторвавшиеся от атомов электроны называются с в о-
6
бедными электронами. Свободные электроны "блуждают" в междуатомном пространстве до тех пор, пока не будут захва-чены другими атомами, потерявшими, также в результате столкновений, свои электроны.
Такой процесс хаотического движения свободных электронов в теле происходит непрерывно. С увеличением температуры тела скорость движения атомов возрастает, их столкновения между собой происходят чаще > и сильнее, в результате чего количество свободных электронов в.теле увеличивается. Однако, несмотря на увеличение количества свободных электронов внутри тела, оно не получает электрического заряда, так как общее (суммарное) количество электронов и протонов не меняется и тело остается электрически нейтральным. Если же из тела удалить каким-либо образом некоторое количество свободных электронов, то общий (суммарный) положительный заряд его будет больше суммарного отрицательного заряда, и, следовательно, тело окажется заряженным положительно. И, наоборот, если телу прибавить некоторое количество таких электронов, то оно получит отрицательный заряд. При этом как удаление из тела электронов, так и сообщение ему их извне не нарушают механических свойств тела, и оно остается точно таким, каким было до сообщения ему заряда.
Итак, если в теле создан недостаток электронов, то оно заряжено положительно; если же в теле избыток электронов, то оно заряжено отрицательно, причем чем больше избыток или недостаток электронов в теле, тем большим электрическим зарядом это тело обладает.
Опытом установлено, что заряженные тела взаимодействуют одно с другим: тела, заряженные одноименным электричеством, отталкиваются, а тела, заряженные разноименным электричеством, притягиваются. Точно так же и электроны, являясь одноименно заряженными частицами, отталкиваются один от другого и всегда стремятся притянуться к ядру атома, имеющему противоположный им положительный заряд.
Изложенные нами в общих чертах атомное строение веществ и явление электризации тел, в объяснении электронной теории, не являются исчерпывающими, ко достаточны для понимания дальнейшего изложения материала учебника.
Исследования последних десяти лет показали, что внутреннее строение нтомоз, а следовательно, и веществ, состоящих из них, в действительности значительно сложнее и является еще предметом изучения.
§ 2. Понятие о потенциале и разности потенциалов
Мы знаем, что одно тело можно нагреть больше, а другое меньше; степень нагрева тела называется его температурой. Подобно этому, одно тело можно наэлектризовать больше другого; степень электризации тела называется электрическим потенциалом или просто потенциалом тела.
Что значит наэлектризовать тело? Это значит сообщить ему электрический заряд, т. е. прибавить к нему некоторое количество электронов, если мы тело заряжаем отрицательно, или отнять их
от него, если мы тело заряжаем положительно. В том и другое случае тело будет обладать определенной степенью электризации, т. е. тем или иным потенциалом, причем тело, заряженное положительно, обладает положительным потенциалом, а тело, заряженное отрицательно, обладает отрицательным потенциалом.
Возьмем два тела А и Б (рис. 2) и сообщим одному из них положительный заряд, а другому - отрицательный. Величина по-
е
Л 6
Рис. 2. Изображение Рис. 3. Движение элек-
заряженных тел: тронов по проводнику
А - тело заряжено положительным электричеством; Б - тело заряжено отрицательным ЛОЖИТСЛЬНОГО ПОТСНЦИала Т6ЛЗ А
электричеством
характеризуется количеством недостающих у этого тела электронов; величина отрицательного потенциала тела Б характеризуется количеством излишних электронов. Чем больше недостаток электронов в теле А и избыток их в теле Б, тем большими противоположными электрическими зарядами эти тела обладают и тем больше разность тех "электрических уровней", до которых заряжены эти тела. Разность уровня электрических зарядов двух тел называется разностью электрических потенциалов или просто разностью потенциалов.
Если два тела заряжены одноименными зарядами, различными по величине, так, что их потенциалы неодинаковы, то м'ежду ними также будет существовать разность потенциалов.
Кром'е того, разность потенциалов будет существовать между двумя телами, одно из которых заряжено, а другое не имеет заряда. Так, например, если какое-либо тело, изолированное от 'земли, им'еет некоторый потенциал, то разность потенциалов между ним и землей, потенциал которой принято считать равным нулю, будет численно равна потенциалу этого тела.
Итак, если два тела заряжены таким образом, что потенциалы их неодинаковы, между ними будет неизбежно существовать разность потенциалов.
Давая определение разности потенциалов, мы имели в виду два заряженных тела, однако разность потенциалов можно получить между различными частями (точками) одного и того же тела. Поясним это на следующем примере.
Возьмем кусок медной проволоки, внутри которой, как и во всяком металле, в хаотическом движении находится много свободных электронов. Если под действием какой-либо внешней силы нам удастся свободные электроны переместить к одному концу проволоки, то на другом ее конце будет недостаток электронов, т. е. между концами проволоки будет существовать разность потенциалов (причины, которые могут вызвать такое движение электронов, будут нами рассмотрены ниже).
8
Стоит нам прекратить действие внешней силы, как электроны тотчас же в силу притяжения разноименных зарядов устремятся к концу проволоки, заряженному положительно, т. е. к месту, где их недостаток, и вновь наступит электрическое равновесие.
§ 3. Электрический ток
Если два металлических тела А и Б (см. рис. 2) наэлектризуем в равной степени, но при этом тело Л положительно, а тело Б отрицательно, и поднесем их одно к другому, то мы обнаружим, что заряды тел мгновенно исчезнут и тела окажутся незаряженными. Разберем, что произошло при этом.
Свободные электроны, избыток которых был в теле Б, перешли в тело Л, где их недоставало, и таким образом произошло выравнивание разности потенциалов, существовавшей между этими телами.