ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
4.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ
Природа электрического заряда (электричества) долго оставалась неизвестной. Электричество уже нашло многочисленные практические применения, но что такое электрический заряд, движение которого образует электрический ток, оставалось неясным. Не есть ли электричество особое вещество или, как говорят химики, особый элемент, такой как медь, кислород и т. п.? Ставился и такой вопрос.
В настоящее время на основании многочисленных исследований, оправдавшихся догадок и тонких опытов твердо установлено, что в состав всех обычных физических тел входят мельчайшие частицы, обладающие электрическим зарядом. Каждый атом — частица любого элемента (легчайшего газа — водорода, угля, металлов, тяжелого урана и др.) - состоит из ядра, обладающего положительным электрическим зарядом, и электронов, образующих его оболочку и движущихся вокруг ядра (рис. 4.1). Электроны обладают отрицательным электрическим зарядом. Общий отрицательный заряд оболочки атома равен положительному заряду ядра: —1 и +1 в атоме водорода, —6 и +6 в атоме углерода, —29 и +29 в атоме меди и т. п.
Рис. 4.1. Модель простейшего атома — атома водорода. В середине изображено положительное ядро атома (протон). Вокруг него движется частица, Обладающая отрицательным зарядом (электрон). Заряды электрона и протона отличаются только знаком — по абсолютной величине они одинаковы (как +1 и -1). Но протон примерно в 1800 раз тяжелее электрона — он обладает в 1800 раз большей массой
Здесь за меру электрического заряда принят заряд электрона.
Благодаря одинаковому количеству положительного и отрицательного электричества в атоме атом в целом кажется не обладающим зарядом — действие положительного заряда уравновешивается действием отрицательного. Целый атом, как говорят, электрически нейтрален — он не положителен и не отрицателен.
В сложных телах атомы различных элементов соединяются в группы, называемые молекулами; так, молекула воды состоит из устойчивого соединения двух атомов водорода с одним атомом кислорода. Часто и внутри простых элементов однородные атомы соединяются в молекулы (например, в водороде два атома образуют устойчивую молекулу водорода).
Под влиянием различных физико-химических воздействий оболочка атома может терять часть электронов. К оболочке атома могут присоединяться и лишние электроны. В обоих случаях общий заряд атома (или образованной ими молекулы) уже не равен нулю — атом (или молекула) перестает быть нейтральным. Такие атомы (или молекулы) называют ионами. Положительный ион — это атом, потерявший один или несколько электронов. Отрицательный ион — это атом, к оболочке которого присоединились лишние электроны.
Заметим, что потеря электронов в оболочке легко восполняется освободившееся место легко занимают приходящие извне электроны. То же самое можно сказать и о лишних электронах. Потеря или приобретение лишних электронов — ионизация — не меняет основных свойств атома. Ионизированный атом кислорода или меди остается все же атомом именно кислорода или соответственно меди. Напротив, изменение заряда атомного ядра сопряжено с глубочайшими изменениями всего атома. Такие изменения наблюдаются только при ядерных реакциях, связанных с превращением одного элемента в другой. Обычно такие превращения сопровождаются исключительно большими изменениями энергии атома.
