Атом, электрон и электрическое поле

Весь окружающий нас мир состоит из частиц. К такому выводу пришли древнегреческие ученые, ведь во времена до нашей эры доказательством какого-то суждения служила логично выстроенная философская мысль, ведь физических приборов, таких как электронный микроскоп и масс-спректрограф, не было. Ученые того времени, что скорее являлись философами, рассуждали следующим образом: если взять топор и полено, то можно колоть его на щепки до тех пор, пока не останется неделимая щепочка. Эту щепочку назвали атом, что в переводе с греческого «неделимый». Все уникальные атомы перечислены в таблице Менделеева, а различные их комбинации создают наш удивительный мир и нас самих.

https://alexragulin.ru/img/lesson/2a/2a96bbcac21b482a3f6f8e5a8d4acd9a20210328113720.jpg
Только в 17-18 веках химики показали делимость атома на еще более мельчайшие, так называемые субатомные частицы. А позднее были открыты составляющие атома:

Протоны - положительно заряженные частицы,

Нейтроны - нейтральные частицы,

Электроны - отрицательно заряженные частицы.

Для представления структуры атома можно воспользоваться планетарной моделью атома*, названной так по аналогии с Солнечной системой. В центре атома находится массивное* ядро (из протонов и нейтронов), а вокруг него вращаются электроны. Но такая модель противоречит современным законам электродинамики, так как движущиеся частицы излучают энергию, а значит все электроны давным давно попадали бы на ядра (и Вселенной не было бы). Но для наших целей нам вполне можно вообразить себе ядро вмсето Солнца и электроны вместо планет.


Так, например, меньше всего протонов (один) у атома водорода, поэтому он первый в таблице Менделева, а у кислорода протонов 8, и как вы догадались, он восьмой в таблице*.

Остановимся подробнее на электроне, элементарной* частице, имеющей отрицательный электрический заряд*. Название частицы произошло от греческого слова янтарь. Древние греки заметили, что при натирании янтаря кусочком материи, янтарь начинает притягивать к себе небольшие предметы. Это связано с явлением электризации. При трении электроны с одного объекта могут перескакивать на другой. Тело, которое потеряло электроны будет заряжено положительно, тело, которое приобрело излишек электронов – отрицательно.

Электрон – стабильная частица, время жизни электрона 6,6∗1028 , а это 66000000000000000000000000000 лет. Это значит, что через 66 октильонов лет «в живых» останется примерно 1/3 от ныне существующих. Но о таких периодах времени нам, людям, не стоит беспокоиться:)

https://alexragulin.ru/img/lesson/46/467927c0d2c194c334a928b4b318040720210328113720.jpg
Масса электрона очень мала, она равна 9∗10−31 кг, то есть 0,0000000000000000000000000000009 кг. Для сравнения масса комара 0,0000007 г, или 780000000000000000000 электронов.


В некоторых веществах электроны могут свободно перемещаться под действием электрического поля. Это упорядоченное движение называется электрическим током. А такие вещества – проводниками электрического тока. Скорость электронов, именуемая дрейфовой скоростью, меньше 0,1 мм/с, что медленне улитки в 20 раз. Но тогда почему, включая свет, даже самый большой зал освещается мгновенно? Все дело в том, что электроны находятся во всем проводнике в огромном количестве, а скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света* (300 000 км/c), поэтому замыкая цепь, электромагнитное поле воздействует на все электроны в проводнике практически мгновенно, и те электроны, что находятся ближе всего к лампочке начинают питать энергией лампочку.

Чтобы представить себе насколько огромна скорость света, рассмотрим расстояние от Москвы до Нью-Йорка (7510 км), свету потребуется всего лишь 25 мс, чтобы преодолеть этот путь.


А теперь немного о технической стороне прогресса. Движение электронов в вакууме и управление этим процессом широко применялось в ламповых радиоприемниках, но с приходом транзисторов оказалось никому не нужным, за исключением профессиональных студий с кристальным звуком. Но вакуумные лампы применяются в магнетронах современных микроволновых печей и никакой альтернативы для более быстрого и недорогого разогрева пищи пока нет, хотя к нам уже шагает семимильными шагами технология индукционных плит, но о их работе мы поговорим в последнем разделе о магнетизме.

---

* Модель предложил ученый Эрнест Резерфорда, 1911 г.
* Так же, как и масса Солнца составляет 99,9% массы всей Солнечной системы, так и масса атома на 99,9% состоит из массы ядра.
* Количество протонов всегда совпадает с количеством электронов, поэтому атомы нейтральны.
* По определению, элементарная частица – это частица, которую невозможно расщепить на составные части. Следует помнить, что протон и нейтрон тоже элементарные частицы, хоть и состоят из кварков.
* Бенджамин Франклин, доказавший электрическую приироду молнии, первым предложил пользоваться терминологией положительных и отрицательных зарядов.
* Скорость света - наибольшая скорость распространения информации.