Електричні явища були відомі людям дуже давно. Ще 2500 років тому стародавні греки помітили, що бурштин набуває здатність притягувати до себе легкі тіла, якщо його натерти сухим сукном. Цю властивість греки назвали електричною силою (бурштин вони називали «електроном»).

Теорію, яка пояснює електричні властивості тіл наявністю у них електронів і їх рухом, називають електронною теорією. Як відомо, всі речовини, як прості, так і складні, складаються з молекул, а молекули - з атомів. Будова атома є дуже складною, але спрощено його можна представити у вигляді ядра, оточеного оболонкою. На рис. 1.1 зображено так звану планетарну модель атома.

Модель назвали саме так, оскільки всередині атома є позитивно заряджене ядро, схоже на Сонце в Сонячній системі. Навколо ядра, немов планети, обертаються електрони. Сонячна система влаштована таким чином, що планети притягуються до Сонця за допомогою гравітаційних сил, однак вони не падають на поверхню Сонця унаслідок наявної швидкості, яка тримає їх на своїй орбіті. Те саме відбувається і з електронами: кулонівські сили притягують електрони до ядра, але через обертання вони не падають на поверхню ядра.

Дуже важливою інформацією щодо будови атома є те, що майже вся маса атома зосереджена в ядрі. Наприклад, у атома водню є лише один електрон, маса якого у півтори тисячі разів менша, ніж маса ядра.

Кількість електронів у нейтральному атомі дорівнює кількості протонів ядра атома. Кількість електронів в атомах різних речовин є неоднаковою. На-

приклад, в атомі водню, найлегшого і найпростішого елемента за будовою, навколо ядра обертається тільки один електрон (рис. 1.2), а в атомі міді -29 електронів.

Ядро і електрони мають енергію. Ядро має позитивну енергію, електрони - негативну. Якщо величина енергії ядра й електронів в атомі є однаковою, то такий атом є нейтральним.

Однак якщо атом втрачає один або кілька електронів, то позитивна енергія переважає і атом перетворюється на позитивний іон. Якщо атом приймає один або кілька електронів, він перетворюється на негативний іон. Процес перетворення атомів на іони, який відкрив відомий російський фізик А. Р. Столєтов, називають іонізацією, або фотоелектричним ефектом. Це явище використовують у фотоелементах.

Кількість електрики, що міститься у зарядженому тілі, - це заряд. Величину заряду позначають у системі СІ - Q, q, одиниця вимірювання - Кл (Кулон). Заряд електрона дорівнює е = 1 б - 10~²⁰ Кл. Якщо дротом пройшло 6,29 ■ 10¹⁸ е, то вважають, що кількість електрики становила 1 Кл.

Навколо будь-якого зарядженого тіла існує електричне поле. Було помічено, що наелектризовані тіла притягуються одне до одного або відштовхуються одне від одного. Наприклад, якщо два тіла зарядити від скляної палички, натертої шкірою, то тіла відштовхуватимуться. Те саме станеться, якщо обидва тіла зарядити від ебонітової палички, натертої сукном. Якщо ж одне тіло зарядити від скляної палички, а інше тіло - від ебонітової, то обидва тіла притягатимуться одне до одного. Зрештою вдалося встановити, що в результаті електризації різних тіл виникають два види електрики, які умовно назвали позитивним і негативним. Тіла, заряджені однойменною електрикою,

взаємно відштовхуються; заряджені різнойменною електрикою - притягуються.

Великий внесок у дослідження електричних явищ зробив М. В. Ломоносов (1711-1765).

Побачити електричне поле неможливо, але про його наявність свідчить механічна дія, яку відчувають нерухомі заряджені тіла, що вносяться до цього поля. На рисунках електричне поле зображують електричними силовими лініями, які починаються на позитивному заряді й закінчуються на негативному (рис. 1.3).

Ті електрони, які розташовані на крайніх орбітах в атомі, пов'язані з ядром слабше, ніж електрони, що обертаються на близьких до ядра орбітах. Під дією сусідніх атомів або внаслідок інших причин можна змусити крайні електрони покинути свої орбіти.

Атоми всіх металів мають ці нестійкі зовнішні електрони, які легко залишають свої орбіти. Саме тому метали мають добру електропровідність.

Електрони, які втратили зв'язок з атомами і переміщаються в просторі між ними, називають вільними. Атоми низки речовин міцно утримують електрони близько до ядра і не дають їм вільно виходити з атомів. Такі речовини погано проводять електрику, їх називають діелектриками.

У звичайному стані вільні електрони перебувають у безладному русі. Якщо під дією різних причин змусити вільні електрони переміщатися в одному напрямку, то такий упорядкований рух вільних електронів у металевих провідниках є електричним струмом.

Нагріваючи метал до високої температури, ми змушуємо хаотично рухливі атоми металу рухатися ще швидше. Електрони, які раніше утримувалися на орбітах атомів, тепер випускаються нагрітим металом у навколишній простір.

Це явище називають термоелектронним ефектом і використовують у радіолампах, випрямлячах та інших електричних пристроях.

Нейтральна молекула газу може бути іонізована під дією високої температури, рентгенівських і ультрафіолетових променів, радіоактивного випромінювання, високої напруги, а також унаслідок удару нейтральної молекули швидким електроном, що пролітає (іонізація поштовхом).

Носіями позитивних зарядів у ядрі атома є протони. До складу ядра кожного атома входять також частинки, що не мають заряду, але їхня маса дорівнює масі протона. Ці частинки назвали нейтронами (тобто електрично нейтральними).

Ми навели спрощену картину будови речовини. Насправді атоми влаштовані складніше і містять, крім зазначених трьох основних елементарних, ще інші види найпростіших частинок.

Це матеріал з підручника "Електротехніка та основи електроніки" Гуржій 2020