Джозеф Джон Томсон (1856–1940) — английский физик. Прославил себя экспериментальным открытием электрона. Обнаружил эффект испарения электронов нагретыми металлами. Разработал теорию движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях, изучал особенности прохождения электрического тока в газах. Предложил одну из первых моделей устройства атома. Один из основоположников электронной теории металлов.
Этот пример, кстати, позволит понять нам, что такое электрическое сопротивление. Без губки воде, естественно, течь легче. Вот и электронам, как бы они ни были легки и подвижны, не так-то просто «продираться» между значительно более «солидными» атомами. Получается, что электрический ветер «подгоняет» электроны, а они свою энергию вынуждены отдавать атомам «стукаясь» об них.
В этом-то — причина разогревания проводника током. Сравните потерю энергии при торможении автомобиля трением и потерю электрической энергии при «торможении» тока сопротивлением металла. Куда в обоих случаях перешла энергия? Все правильно: и там, и тут — в тепло.
Как в воде возникнет ток?
А как протекает ток не в металлах, а, к примеру, в жидкостях? Вот интересный опыт, который можно провести на кухне.
Присоедините к полюсам плоской батарейки два проводника и опустите их в воду, налитую в стеклянную банку, только так, чтобы они не касались друг друга. Мы получили электрическую цепь, элементом которой стала вода. Потечет ли по ней ток?
Узнать об этом можно, если цепочку «разорвать», то есть где-то отсоединить друг от друга проводочки, и вставить между ними лампочку от карманного фонарика. Если в банке — обычная пресная вода, то лампочка гореть не будет. Иначе говоря, вода в этом случае — изолятор.
Но вот потихоньку, щепотками, добавляйте в воду соль. Можно заметить, что лампочка зажигается и постепенно накаливается все ярче. Что же, вода стала проводником?
Да, поскольку в ней появились носители заряда. Это уже знакомые нам электроны и протоны, объединившиеся в группы с разноименными знаками. Сухая соль тока не проводит, то есть в ней «плюсы» и «минусы» крепко-накрепко связаны. Однако, попав в воду, соль растворяется, и это приводит к тому, что ее мельчайшие частички-атомы, разведенные молекулами воды, уносят каждая то отрицательный, то положительный заряд.
В воде эти заряженные комбинации частиц, их еще называют ионами, чувствуют себя довольно свободно и немедленно двинутся в путешествие. Отрицательные ионы, само собой разумеется, направятся к проволочке, связанной с положительным полюсом батарейки. Положительные — в другую.
Итак, в воде началось движение электрических зарядов, иными словами, потек электрический ток.
Машины на электрическом ходу
Почему важно знать о протекании тока через жидкости? А вам не приходилось видеть, как безуспешно пытается завести двигатель водитель легковой машины? Он отчаянно нажимает стартер, вот-вот двигатель раскрутится, но снова глохнет. И вдруг — ура, завелся! Что же призывает на помощь шофер, пытаясь поначалу раскрутить вал мотора своего автомобиля? Это — аккумулятор электрической энергии. Если хотите, его можно считать батарейкой. Как от вашего фонарика, только очень большой.
Аккумуляторы безжизненны, пока в них не зальют специальную жидкость. Именно благодаря ей это устройство сперва можно зарядить, перегнав через нее заряды с одной пластины проводника на другую и сделав их тем самым полюсами. И опять же через эту жидкость заряды побегут, когда аккумулятор станет делиться своей энергией, как в приведенном примере. Слышали, как говорят: «батарейка села», «посадили аккумулятор»? «Посадить» — значит израсходовать их энергию.
К сожалению, даже современные аккумуляторы — слишком тяжелые и громоздкие, требуют частой подзарядки. Поэтому машины на электрическом ходу — трамваи, электровозы, троллейбусы, поезда метро — «привязаны» к проводам и рельсам, по которым к ним подают электроэнергию.
Однако человек не терял надежды изобрести такие накопители электричества, что позволили бы применить их на автомобилях. Уже сегодня существует довольно много разновидностей электромобилей. Они передвигаются автономно, но время от времени все же должны подзарядить свои источники тока — как обычные автомобили заправляются топливом. На длинные путешествия, однако, их пока еще не хватает. Но, может быть, скоро электромобили все-таки смогут вытеснить из городов чадящие машины с бензиновыми и дизельными двигателями и помочь очистить там воздух?
Блестящий обман электролиза
Как вы думаете, из чего сделаны сверкающие бамперы легковых автомобилей? Неужели целиком — из одного ценного металла? Однако на старых машинах можно обнаружить по краям бамперов тонкие блестящие лепесточки. Они похожи на шелушащуюся от загара кожу, а под ними заметен уже неказистый, недорогой материал. Или, если поковырять отливающую бронзой статуэтку, вдруг выяснится, что внутри — гипс.
Понятно, что во многих случаях хотелось бы нанести на изделие красивое, дорогое или защитное покрытие, но — тонким слоем. Чтобы уменьшить расход дефицитных материалов, прибегают к помощи электролиза. Как его провести?
В ванну с раствором необходимого для покрытия вещества опускают концы электрической цепи. Эти концы называют электродами. К одному из них крепят наше изделие, например, статую или металлическую деталь. И пропускают через раствор электрический ток. Заряженные частички — ионы, скажем, хрома или никеля, устремляются к изделию и начнут со всех сторон «облеплять» его. Электрические заряды пойдут дальше по цепи или, напротив, придут и «высадятся» на ионах. Но сама массивная частичка металла останется на месте, на поверхности изделия. Так можно, слой за слоем, наращивать толщину наносимого покрытия — хромировать или никелировать.
Оказалось, это явление подчиняется строгим законам. Они были открыты знаменитым английским ученым Майклом Фарадеем в начале тридцатых годов прошлого века. Зная эти законы, люди научились защищать металлы от коррозии, наносить рисунки на объемные детали, снимать слепки с различных фигур. Очень важное применение электролиза — получение чистых металлов из их растворов или расплавов, а также многих химических соединений, которые иным путем изготавливать не удается.
Посмотрите вокруг себя. Не скрывается ли под тонкой оболочкой многих приборов и украшений какой-нибудь простой и дешевый материал?
Откуда ток берется в пустоте?
Возможны ли частицы без заряда? Даже если это мельчайшие частички вещества — атомы или молекулы — они вполне могут быть незаряженными, нейтральными. А может быть заряд без частички? Оказывается, нет. Нигде мы не обнаружим заряда, «гуляющего», как киплинговская кошка, самого по себе. Всегда он к чему-то «приконопачен» — к электрону, к протону или к их комбинациям — ионам.
