Тема 1. Электрический ток

1.1. Основные сведения о строении вещества и физической природе электричества

Все тела состоят из отдельных очень малых частиц – атомов и молекул (рис.1.1). Атомов свыше 100 видов, они различаются массой и химическими свойствами.

Рисунок 1.1. Атом гелия а) и кислорода б)

Упрощенно атом можно представить в виде ядра, окруженного оболочкой из постоянно движущихся с большой скоростью электронов. Ядро состоит из:

• протонов;

• нейтронов.

Ядро и электроны обладают электрическими зарядами:

• протоны имеют положительный заряд;

• электроны – отрицательный;

• нейтроны – нейтральны, не имеют заряда.

М асса протона равна массе нейтрона, масса электрона = 1/1836 массы ядра водорода.

Электроны располагаются вокруг ядра несколькими слоями (оболочками, уровнями) на очень большом, по сравнению со своими размерами, расстоянии. Оболочки обозначаются латинскими буквами K, L, M, N (рис. 1.2).

Рисунок 1.2.

Схематическое изображение атомов меди

Электроны, расположенные на внешней оболочке, называются валентными. Они слабее связаны с ядром, чем электроны, находящиеся на ближних к ядру орбитах. Ими определяется способность атомов данного элемента вступать в химические связи, а также электропроводность различных материалов.

Электроны, потерявшие связь с атомами и перемещающиеся в пространстве между ними, называются свободными.

Любой электрический заряд может производить работу, которая выражается в притяжении или отталкивании другого заряда.

Атомы, потерявшие часть своих электронов, становятся положительно заряженными. Они называются положительными ионами.

Атомы, получившие избыточные электроны, становятся отрицательно заряженными и называются отрицательными ионами.

Процесс отталкивания или присоединения электронов называется ионизацией. Ионизация возникает только при сообщении атому определенного количества дополнительной энергии: в виде тепла, облучения и т.д.

Заряд является статическим электричеством, т.к. электроны и протоны находятся в состоянии покоя (нет направленного движения).

Наибольшая энергия требуется для освобождения свободных электронов.

Когда атомы соединяются, образуя молекулу, меняется движение валентных электронов. Они являются источниками энергии, выделенной при соединении атомов. Но энергия почти невесомых электронов очень мала. Основная громадная сила, скрытая в атоме – это энергия сил сцепления (взаимодействия) частиц ядра.

Электричество содержится во всех веществах в виде электронов и протонов. Обе частицы имеют одинаковое количество заряда, но противоположной полярности. В зависимости от того, какие частицы оказываются в избытке – электроны или протоны, оно заряжается положительно или отрицательно.

Обычно, атом химических элементов электрически нейтрален: общий отрицательный заряд электрона равен положительному заряду ядра.

За единицу измерения электрических зарядов принят кулон (к). В одном кулоне 6,28∙10¹⁸ электронов (миллион умножить на миллион и ещё раз на миллион).

Контрольные вопросы

1. Из чего состоят все тела?

2. Как заряжены электроны?

3. Чем различаются атомы?

4. Какие электроны называются валентными?

5. Какой заряд имеет атом?

6. Как располагаются электроны вокруг ядра?

7. Какие электроны называются свободными?

8. Из чего состоит ядро?

9. Как заряжены нейтроны?

10. Что сильнее связано с ядром, протоны и нейтроны или валентные электроны?

11. Как заряжены протоны?

12. Какие ионы называются отрицательными?

13. Какие ионы называются положительными?

14. Назовите единицы измерения электрических зарядов.

15. Что такое ионизация?

16. Какое условие должно выполняться для возникновения процесса ионизации?

17. Какие заряды притягиваются?

18. Какие заряды отталкиваются?