Чтение онлайн

На своем пути ток встречает некоторое противодействие, называемое сопротивлением.

В этой главе рассмотрено, как связаны между собой ток, напряжение и сопротивление — эти основополагающие понятия учения об электричестве.

Материей является все, что занимает окружающее нас пространство и имеет вес. Материя бывает в одном из трех основных состояний: твердом, жидком или газообразном. Примерами материи являются: воздух, которым мы дышим, вода, которую пьем, одежда, которую носим, и мы сами. Материя может быть либо элементом, либо соединением.

Элемент является основным строительным материалом природы. Он представляет собой субстанцию, которая не может быть разделена на более простые субстанции химическим путем. В настоящее время известно около 100 элементов. Примерами элементов являются золото, серебро, медь и кислород.

Химическая комбинация двух или более элементов называется соединением (рис. 1–1).

Рис. 1–1. Химическая комбинация двух или более элементов называется соединением. Молекула — это химическая комбинация двух или более атомов. Примерами являются вода (Н2О) и соль (NaCl).

Соединение может быть разделено химическим, но не механическим способом.

Примерами соединений являются вода, которая состоит из кислорода и водорода, и поваренная соль, состоящая из натрия и хлора. Наименьшая частица соединения, которая еще сохраняет его свойства, называется молекулой. Молекула — это химическая комбинация двух или более атомов. Атом — это наименьшая частица элемента, сохраняющая характеристики элемента.

Комбинация элементов и соединений, не вступивших в химическую реакцию, называется смесью. Примерами смесей являются воздух, состоящий из кислорода, азота, углекислого газа и других газов, и соленая вода, которая состоит из соли и воды.

1–1. Вопросы

Атом является наименьшей частицей элемента, сохраняющей его характеристики. Атомы различных элементов отличаются друг от друга. Поскольку существует свыше 100 различных элементов, то существует и свыше 100 различных видов атомов.

Каждый атом имеет ядро. Ядро расположено в центре атома. Оно содержит положительно заряженные частицы — протоны и незаряженные частицы — нейтроны. Отрицательно заряженные частицы — электроны вращаются вокруг ядер (рис. 1–2).

Рис. 1–2. Части атома.

Количество протонов в ядре атома называется атомным номером элемента. Атомные номера позволяют отличить один элемент от другого.

Каждый элемент имеет атомный вес. Атомный вес — это масса атома, которая определяется общим числом протонов и нейтронов в ядре. Электроны практически не дают вклада в общую массу атома, масса электрона составляет только 1/1845 часть массы протона и ею можно пренебречь.

Электроны вращаются по концентрическим орбитам вокруг ядра. Каждая орбита называется оболочкой. Эти оболочки заполняются в следующей последовательности: сначала заполняется оболочка К, затем L, М, N и т. д. (рис. 1–3).

Рис. 1–3. Электроны расположены на оболочках вокруг ядра.

Максимальное количество электронов, которое может разместиться на каждой оболочке показано на рис. 1–4.

Рис. 1–4. Количество электронов, которое может принять каждая оболочка.

Внешняя оболочка называется валентной, и количество электронов, содержащееся в ней, называется валентностью.

Чем дальше от ядра валентная оболочка, тем меньшее притяжение со стороны ядра испытывает каждый валентный электрон. Таким образом, потенциальная возможность атома присоединять или терять электроны увеличивается, если валентная оболочка не заполнена и расположена достаточно далеко от ядра.

Электроны валентной оболочки могут получать энергию. Если эти электроны получат достаточно энергии от внешних сил, они могут покинуть атом и стать свободными электронами, произвольно перемещающимися от атома к атому.

Материалы, содержащие большое количество свободных электронов называются проводниками. На рис. 1–5 сравниваются проводимости различных металлов, используемых в качестве проводников. В таблице серебро, медь и золото имеют валентность равную единице (рис. 1–6). Однако серебро является лучшим проводником, поскольку его валентные электроны слабее связаны.

Рис. 1–5. Проводимость различных металлов, используемых в качестве проводников.

Рис. 1–6. Валентность меди равна 1.

Изоляторы, в противоположность проводникам, препятствуют протеканию электричества. Изоляторы стабильны благодаря тому, что валентные электроны одних атомов присоединяются к другим атомам, заполняя их валентные оболочки, препятствуя, таким образом, образованию свободных электронов. Материалы, классифицируемые как изоляторы, сравниваются на рис. 1–7.

Рис. 1–7. Диэлектрические свойства различных материалов, используемых в качестве изоляторов.

Слюда является наилучшим изолятором, потому что она имеет наименьшее число свободных электронов на своих валентных оболочках.

Промежуточное положение между проводниками и изоляторами занимают полупроводники. Полупроводники не являются ни хорошими проводниками, ни хорошими изоляторами, но они важны, потому что их проводимость можно изменять от проводника до изолятора.