«Н»: Ну, тогда, будь так добр, излагай…
«А»: Как ты, безусловно, знаешь, все вещества состоят из атомов. Атомы, в свою очередь, имеют сложное устройство. И даже очень. В середине атома расположено ядро…
«Н»: …Вокруг которого вращаются электроны. Которые заряжены отрицательно. А само ядро заряжено положительно. Обычно эти заряды равны…
«А»: Нормально! Добавлю, что разные атомы имеют разное количество электронов. А, следовательно, различный заряд ядра. А отсюда — различную массу и размеры… На уроках химии вам должны были все это рассказывать…
«Н»: Да нам и рассказали! Кстати и о том, что ядра состоят из протонов и нейтронов. Что заряд электрона мало того, что всегда отрицательный… Его нельзя ни увеличить, ни уменьшить! И еще то, что при одинаковом по величине, но не по знаку, заряде электрона и протона, их массы отличаются почти в 2000 раз!
«А»: Точнее, в 1800 раз. Но это сейчас не важно! Ну, давай дальше!..
«Н»: Ну, что дальше… Изучали молекулы. Химические реакции… Таблицу Менделеева. Рассказывали об электронных оболочках и все такое…
«А»: А насчет кристаллических решеток говорили что-нибудь?
«Н»: Само-собой!
«А»: А что же представляет собой электрический ток?
«Н»: Движение электронов…
«А»: Соберись, Незнайкин! Сосредоточься! Где и как движутся электроны, образуя электрический ток?
«Н»: В куске металла. Например меди, железа… Даже серебра и золота… Ядра у атомов массивные, они остаются в узлах кристаллической решетки, а электроны маленькие и легкие, поэтому они свободно движутся внутри кристалла…
«А»: Все правильно, но ведь я спрашивал, Незнайкин, об электрическом токе! А нюанс здесь такой… Электроны, действительно, беспорядочно движутся внутри кристалла. И скорость их довольно велика. Она зависит, в значительной степени от температуры кристалла. При комнатной температуре средняя скорость электронов составляет несколько метров в секунду! Но представим себе некий кусок металла в виде отрезка проволоки, например, медной… Впрочем, давай лучше изобразим это на рисунке (рис. 1.1). Смотри, Незнайкин, мы как бы условно рассекли отрезок медной проволоки (1) плоскостью, которую я обозначил, как (2)…
«Н»: А что означают эти кружочки, снабженные стрелками?
«А»: Да только то, что кружочки — это электроны. А стрелки представляют из себя ВЕКТОРЫ, иллюстрирующие тот факт, что средняя скорость электронов примерно одинакова при данной температуре. А вот направление движения — неупорядоченное, хаотическое. А это значит, что за некоторую единицу времени, например, за ОДНУ СЕКУНДУ количество электронов, которые пересекли плоскость справа-налево и слева-направо — ОДИНАКОВО! Иными словами, Незнайкин?…
«Н»: Я почему-то думаю что в этом случае никакого тока не будет!.. Или я ошибаюсь?
«А»: Ты совершенно прав! Если количество электронов, которые пересекли плоскость с различных сторон за единицу времени — одинаково, то в этом случае говорить об электрическом токе просто не приходится!
«Н»: Ну, а как же появляется электрический ток? Можно ли себе его как-то представить и что для этого необходимо сделать?
«А»: Для начала, просто вернуться к нашему рисунку. Правда, слегка модернизировав его (рис. 1.2).
«Н»: Привет, а что это за маленькие пунктирные стрелки появились?
«А»: А это признак появления некоторой дополнительной составляющей средней скорости. Да, это именно дополнительная составляющая средней скорости КАЖДОГО из свободных электронов кристаллической решетки! Ну а правило сложения векторов, Незнайкин, ты знать просто обязан… Итак…
«Н»: А я и знаю! Не зря по геометрии «пятерку» схватил! Выходит, что средние скорости электронов, которые движутся на рисунке слева-направо, будут БОЛЬШЕ, чем средние скорости электронов, которые движутся справа-налево! Так?
«А»: Ну, Незнайкин. молоток! И какой вывод ты из этого можешь сделать?
«Н»: Да только один! Количество электронов, которые пересекут плоскость (сечение) в направлении слева — направо, будет БОЛЬШЕ, чем количество электронов, которые за то же время пересекут эту плоскость в направлении справа-налево!
«А»: Точно так! То есть в этом случае мы можем смело утверждать, что имеем дело с электрическим током! Кстати, учти, что для простоты картины я нарисовал пунктирные стрелки со значительным нарушением масштаба! В действительности, абсолютные величины векторов, характеризующих средние скорости хаотического движения, в десятки раз превышают абсолютные величины векторов, обозначенных пунктиром!