Эдисон обнаружил, что от металлической пластинки к накаленной нити течет электрический ток.
В то же время если лампу погасить, то есть выключить ток, накаляющий нить, то, сколько дополнительных батарей ни ставили бы, тока от пластинки получить не удастся.
Ни Эдисон, ни другие ученые того времени не подозревали о том, какую громадную роль сыграет в технике новое явление. Оно им казалось странным, непонятным и загадочным, и они окрестили его «эффектом Эдисона».
СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
Как же это получилось, что такой великий изобретатель, как Эдисон, не смог понять простейшей вещи, которая, известна сейчас любому радиолюбителю?
Объяснялось это тем, что шестьдесят с лишним лет тому назад о природе электричества почти ничего не знали[2].
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.
В других веществах, называемых проводниками, к которым относятся главным образом металлы, электроны, наоборот, очень слабо связаны со своими атомами. Они могут самопроизвольно отделяться от атома и передвигаться в различных направлениях по междуэлектродному пространству. Движение это совершенно беспорядочное, хаотичное. Электроны «бродят» по металлу без всякого соблюдения «правил уличного движения», словно толпа на базаре.
Если к каким-либо точкам металла приложить электродвижущую силу, то есть создать в одной точке избыток, а в другой недостаток электронов, то свободные электроны, сохраняя свои беспорядочные движения, начнут всей массой смещаться в ту точку, где ощущается их недостаток. Такое «организованное» перемещение электронов как раз и является электрическим током.
Задолго до открытия электронов люди условились считать, что ток течет от положительного полюса (плюс) к отрицательному полюсу (минус).
Но выходит, что от плюса (то есть от места, где недостает электронов) к минусу (где имеется избыток электронов) ничего не течет, а наоборот, от минуса электроны двигаются к плюсу.
Таким образом действительное направление движения электричества — движение электронов — оказалось обратным тому,
