В метала, както във всички твърди тела, всеки атом заема определено място. Вярно е, че при определени условия атомите на твърдите вещества могат да напуснат местата си, но във всеки случай те остават „прикрепени“ към определено място за дълго време. В зависимост от температурата, всеки атом вибрира повече или по-малко силно около това място, без да се отдалечава от него. За разлика от други твърди тела, металите имат една интересна характеристика: свободните електрони, тоест електроните, които не са свързани с определени атоми, се движат в пространството между металните атоми.
Откъде идват тези свободни електрони?
Факт е, че в атомите не всички електрони се държат еднакво здраво от ядрото. В електронните обвивки на металните атоми винаги има един, два или три електрона, много слабо свързани с ядрото. Следователно, например, когато се разтварят различни соли, металните атоми, включени в техния състав, лесно предават тези електрони на други атоми и сами се превръщат в положителни йони. Отделянето на електрони от атоми също се случва в парче от всеки метал, но всички електрони, които са загубили връзка с атомите, остават в самия метал между образуваните йони.
Броят на свободните електрони в един метал е огромен. Има приблизително същия брой от тях, колкото има атоми. Въпреки това цялото парче метал остава, разбира се, незаредено, тъй като положителният заряд на всички йони е точно равен на отрицателния заряд на всички електрони.
Така можем да си представим структурата на метала в тази форма. Металните атоми, които са загубили 1-2 електрона, са се превърнали в йони. Те седят сравнително здраво на местата си и образуват, може да се каже, твърд „скелет“ от парче метал. Електроните се движат бързо между йоните във всички посоки. Някои от електроните се забавят при движение, други се ускоряват, така че сред тях винаги има както бързи, така и бавни.
Движението на свободните електрони е напълно произволно. Не можете да уловите никакви струйки или потоци в него, никаква последователност. Свободните електрони се движат в метала приблизително по същия начин, по който мушиците се втурват в топлия въздух през лятна вечер: в рояк всяка от мушиците лети сама, понякога по-бързо, понякога по-бавно, и целият рояк стои неподвижно.
Сред произволно движещите се електрони винаги има такива, които летят към повърхността на метала. Ще излетят ли от метала? В крайна сметка, ако оставите отворен съд с газ, чиито молекули също са в произволно движение, като електрони в метал, тогава молекулите на газа бързо ще се разпръснат във въздуха. Електроните обаче не излитат от метала при нормални условия. Какво ги задържа? Привличане от йони. Когато един електрон се издигне малко над повърхността на метала, над него вече няма йони, но отдолу, на повърхността, има. Тези йони привличат издигащия се електрон и той пада обратно на повърхността на метала, точно както камък, хвърлен нагоре, пада на земята.
Ако камъкът имаше достатъчно висока начална скорост, той би могъл да преодолее земната гравитация и
Полетете в междупланетното пространство, както отлита гюле в роман на Жул Верн. Много бързите електрони също могат да преодолеят силите на електрическото привличане и да напуснат метала. Това се случва при нагряване.
Когато металът се нагрява, движението не само на атоми, но и на електрони се увеличава и при високи температури толкова много електрони излитат от метала, че потокът им може да бъде открит. Вижте фиг. 7. Показва необичайна електрическа крушка. В неговия цилиндър, на известно разстояние от нишката, е фиксирана метална пластина. Плочата се нарича анод, а нишката катод. Към единия край на нишката (няма значение кой) и към анода е свързана батерия, а между батерията и анода е свързано устройство в така наречената „анодна” верига, което показва наличието на електрическа текущ. Това устройство се нарича галванометър. Самата жичка на лампата е свързана към електрическата мрежа и е нажежена. Ако анодът е свързан към отрицателния полюс на батерията, а резбата е свързана към положителния полюс, тогава няма да има ток в анодната верига (фиг. 7 вляво). Сега нека се опитаме да сменим полюсите и да свържем пластината към „плюса“ на батерията. Във веригата веднага ще се появи ток (фиг. 7 вдясно). Този експеримент показва, че нажежаемата жичка на лампата всъщност излъчва отрицателни заряди - електрони, които се отблъскват от анода, ако той е отрицателно зареден (фиг. 7 вляво), и се отнасят от електрически сили към анода, ако е свързан към положителния извод на батерията (фиг. 7 вдясно).
Емисията на електрони от горещи метали е от голямо практическо значение. Достатъчно е да се каже, че се използва във всички радиолампи (за радиолампи ще говорим в последния раздел на книгата).
Можете да увеличите енергията на електроните и да ги накарате да излетят от метала не само чрез нагряване, но и чрез осветление. Такива явления са изследвани през 1888 г. от руския физик, професор в Московския университет А. Г. Столетов. Поток от светлинни лъчи носи енергия и ако светлината падне върху метал, тогава част от тази енергия се абсорбира от метала и се прехвърля към електроните. След като са получили допълнителна енергия, някои електрони преодоляват привличането на йони и излитат от метала. Това явление се нарича фотоелектричен ефект. Фотоелектричният ефект се използва в едно много важно за техниката устройство – фотоклетката. Диаграмата на фотоклетката е показана на фигура 8.
Стъклен съд, от който е отстранен въздухът, е покрит отвътре със слой метал, обикновено натрий, калий или цезий, който е бил подложен на специална обработка (електроните лесно се изхвърлят от тези метали, когато са изложени на видима светлина); Само малък прозорец за пропускане на светлина не е покрит с метал. Металният слой служи като катод на фотоклетката (фотокатод). В средата на цилиндъра се поставя тънка метална тел или мрежа. Това е анодът. Фотокатодът е свързан към отрицателния извод на батерията, а анодът е свързан към положителния извод. Веднага щом светлинните лъчи паднат върху фотокатода, някои електрони придобиват по-голяма енергия и излизат от повърхността му. Силата на електрическото привличане ги задвижва към анода и във веригата се появява ток. Ако осветлението спре, токът изчезва). Обърнете внимание, че и двата описани метода са в състояние да извлекат от металите само много малка част от наличните в тях свободни електрони.
Лесно е да се разбере, че наелектризирането чрез триене е процес на изхвърляне на електрони. Например, когато стъклото се трие в кожата, електроните, извлечени от стъклото, се прехвърлят към кожата.
Знаем, че електроните могат да бъдат извлечени от атомите. Нека сега да видим как можем да контролираме електроните, които са напуснали атомите.
– В Европа вече никой не свири на пиано,
играйте с електричество.
„Не можете да играете на електричество – ще ви удари ток.“
-И играят с гумени ръкавици...
-Ех! Можете да носите гумени ръкавици!
"Мимино"
Странно е... Играят си с електричество, но по някаква причина убиват с някакъв ток... Откъде идва токът в електричеството? И какъв ток е това? Здравейте мили мои! Нека да го разберем.
Е, първо, нека започнем с това защо все още е възможно да играете с електричество в гумени ръкавици, но например в железни или оловни ръкавици е невъзможно, въпреки че металните са по-здрави? Работата е там, че каучукът не провежда електричество, но желязото и оловото го правят, така че ще те ударят с ток. Спрете, спрете... Вървим в грешна посока, да се обърнем... Да... Трябва да започнем с това, че всичко в нашата Вселена се състои от малки частици - атоми. Тези частици са толкова малки, че например човешкият косъм е няколко милиона пъти по-дебел от най-малкия водороден атом. Атомът се състои (виж Фигура 1.1) от две основни части - положително заредено ядро, което от своя страна се състои от неутрони и протони и електрони, въртящи се в определени орбити около ядрото.
Фигура 1.1 – Структура на електрона
Общият електрически заряд на атома винаги (!) е равен на нула, тоест атомът е електрически неутрален. Електроните имат доста силна връзка с атомното ядро, но ако приложите някаква сила и „изтръгнете“ един или повече електрони от атома (чрез нагряване или триене, например), тогава атомът ще се превърне в положително зареден йон, тъй като положителният заряд на ядрото му ще бъде по-голям от величината на отрицателния общ заряд на останалите електрони. И обратното – ако по някакъв начин се добавят един или повече електрони към атома (но не чрез охлаждане...), атомът ще се превърне в отрицателно зареден йон.
Електроните, които изграждат атомите на всеки елемент, са абсолютно идентични по своите характеристики: заряд, размер, маса.
Сега, ако погледнете вътрешния състав на всеки елемент, можете да видите, че не целият обем на елемента е зает от атоми. Винаги във всеки материал има както отрицателно заредени, така и положително заредени йони и процесът на преобразуване „отрицателно зареден йон–атом–положително зареден йон” протича постоянно. По време на тази трансформация се образуват така наречените свободни електрони - електрони, които не са свързани с нито един от атомите или йоните. Оказва се, че различните вещества имат различни количества от тези свободни електрони.
От курса по физика също е известно, че около всяко заредено тяло (дори нещо толкова незначително като електрон) съществува така нареченото невидимо електрическо поле, чиито основни характеристики са интензитет и посока. Традиционно се приема, че полето винаги е насочено от точка на положителен заряд към точка на отрицателен заряд. Такова поле възниква например при триене на ебонит или стъклена пръчка върху вълна и в процеса можете да чуете характерен пукащ звук, явлението на което ще разгледаме по-късно. Освен това върху стъклената пръчка ще се образува положителен заряд, а върху ебонитовата пръчка ще се образува отрицателен заряд. Това ще означава точно прехвърляне на свободни електрони от едно вещество към друго (от стъклена пръчка към вълна и от вълна към ебонитова пръчка). Прехвърлянето на електрони означава промяна в заряда. За да се оцени това явление, има специално физическо количество - количеството електричество, наречено кулон, с 1C = 6,24 10 18 електрона. Въз основа на тази връзка, зарядът на един електрон (или иначе наречен елементарен електрически заряд) е равен на: 
И така, какво общо имат всички тези електрони и атоми с това... Но ето какво общо има с това. Ако вземете материал с голямо съдържание на свободни електрони и го поставите в електрическо поле, тогава всички свободни електрони ще се движат в посока на положителната точка на полето, а йоните - тъй като имат силни междуатомни (междуйонни) връзки - ще останат вътре в материала, въпреки че на теория би трябвало да се преместят до тази точка в полето, чийто заряд е противоположен на заряда на йона. Това беше доказано с прост експеримент.
Два различни материала (сребро и злато) бяха комбинирани един с друг и поставени в електрическо поле за няколко месеца. Ако беше наблюдавано движението на йони между материалите, тогава в точката на контакт трябваше да настъпи процес на дифузия и златото щеше да се образува в тясна зона от сребро, а среброто в тясна зона от злато, но това не се случи , което доказва неподвижността на „тежките” йони. Фигура 2.1 показва движението на положителни и отрицателни частици в електрическо поле: отрицателно заредените електрони се движат срещу посоката на полето, а положително заредените частици се движат в посоката на полето. Това обаче е вярно само за частици, които не са включени в кристалната решетка на какъвто и да е материал и не са свързани помежду си чрез междуатомни връзки. 
Фигура 1.2 – Движение на точков заряд в електрическо поле
Движението става по този начин, защото еднаквите заряди се отблъскват, а за разлика от тях се привличат: две сили винаги действат върху една частица: силата на привличане и силата на отблъскване.
И така, подреденото движение на заредени частици се нарича електрически ток. Има забавен факт: първоначално се смяташе (преди откриването на електрона), че електрическият ток се генерира точно от положителни частици, така че посоката на тока съответства на движението на положителните частици от "плюс" към "минус" , но по-късно беше открито обратното, но беше решено посоката на тока да остане същата и тази традиция остана в съвременната електротехника. Така че всъщност е обратното! 
Фигура 1.3 – Структура на атома
Електрическо поле, въпреки че се характеризира с големината на интензитета, се създава около всяко заредено тяло. Например, ако едни и същи стъклени и ебонитни пръчки се натрият върху вълна, около тях ще възникне електрическо поле. Електрическо поле съществува в близост до всеки обект и влияе на други обекти, независимо колко далеч се намират. Но с увеличаване на разстоянието между тях силата на полето намалява и неговата величина може да бъде пренебрегната, така че двама души, стоящи един до друг и. имащи определен заряд, въпреки че създават електрическо поле и между тях протича електрически ток, но той е толкова малък, че стойността му е трудно да се запише дори със специални инструменти.
И така, време е да поговорим повече за това какво представлява тази характеристика - силата на електрическото поле. Всичко започва с факта, че през 1785 г. френският военен инженер Шарл Августин дьо Кулон, като си почива от рисуването на военни карти, извежда закон, описващ взаимодействието на два точкови заряда:
Модулът на силата на взаимодействие между два точкови заряда във вакуум е право пропорционален на произведението на модулите на тези заряди и обратно пропорционален на квадрата на разстоянието между тях.
Няма да се задълбочаваме защо това е така, просто ще повярваме на думата на г-н Кулон и ще въведем някои условия за спазване на този закон:
- точкови заряди - т.е. разстоянието между заредените тела е много по-голямо от техните размери - обаче може да се докаже, че силата на взаимодействие на два обемно разпределени заряда със сферично симетрични непресичащи се пространствени разпределения е равна на силата на взаимодействие на два еквивалентни точкови заряда, разположени в центрове на сферична симетрия;
- тяхната неподвижност. В противен случай влизат в сила допълнителни ефекти: магнитното поле на движещ се заряд и съответната допълнителна сила на Лоренц, действаща върху друг движещ се заряд;
- взаимодействие във вакуум.
Математически законът е написан по следния начин: 
където q 1, q 2 са стойностите на взаимодействащите точкови заряди,
r е разстоянието между тези заряди,
k е определен коефициент, описващ влиянието на околната среда.
Фигурата по-долу дава графично обяснение на закона на Кулон. 
Фигура 1.4 – Взаимодействие на точковите заряди. Закон на Кулон
По този начин силата на взаимодействие между два точкови заряда се увеличава с увеличаване на тези заряди и намалява с увеличаване на разстоянието между зарядите, а удвояването на разстоянието води до четирикратно намаляване на силата. Такава сила обаче възниква не само между два заряда, но и между заряд и поле (и отново електрически ток!). Би било логично да се предположи, че едно и също поле има различни ефекти върху различни заряди. Така че отношението на силата на взаимодействие между полето и заряда към големината на този заряд се нарича напрегнатост на електрическото поле. При условие, че зарядът и полето са неподвижни и не променят характеристиките си с времето. 
където F е силата на взаимодействие,
q – заряд.
Освен това, както беше споменато по-рано, полето има посока и това произтича точно от факта, че силата на взаимодействие има посока (тя е векторна величина: едни и същи заряди се привличат, за разлика от зарядите се отблъскват).
След като написах този урок, помолих моя приятел да го прочете, да го оцени, така да се каже. Освен това му зададох един интересен въпрос, според мен, точно по темата на този материал. Представете си изненадата ми, когато той отговори неправилно. Опитайте се да отговорите на този въпрос (поместен е в секцията със задачи в края на урока) и аргументирайте своята гледна точка в коментарите.
И накрая, тъй като едно поле може да премести заряд от една точка в пространството в друга, то има енергия и следователно може да върши работа. Този факт ще ни бъде полезен по-късно, когато разглеждаме проблемите на работата на електрическия ток.
С това първият урок приключи, но все още имаме въпрос без отговор: защо, носенето на гумени ръкавици няма да ви убие с токов удар. Нека го оставим като интрига за следващия урок. Благодаря ви за вниманието, до нови срещи!
- Да приемем, че в града-герой Москва има определен изход, същият обикновен изход, който имате у дома. Да предположим също, че опънахме жици от Москва до Владивосток и свързахме крушка във Владивосток (отново лампата е напълно обикновена, същата сега осветява стаята и за мен, и за вас). И така, това, което имаме, е: електрическа крушка, свързана към краищата на два проводника във Владивосток и гнездо в Москва. Сега нека поставим проводниците „Москва“ в гнездото. Ако не вземем предвид много различни условия и просто приемем, че електрическата крушка във Владивосток свети, тогава се опитайте да познаете дали електроните, които в момента са в гнездото в Москва, ще достигнат до нишката на електрическата крушка във Владивосток? Какво се случва, ако включим електрическа крушка не към фасунга, а към батерия?
Този въпрос е като зелето, отваряш го и го отваряш, но „основното” стъбло е още далече. Въпреки че въпросът очевидно се отнася до това стъбло, все пак трябва да се опитате да преодолеете цялото зеле.
На най-повърхностен поглед природата на тока изглежда проста: токът е, когато заредените частици се движат. (Ако частицата не се движи, тогава няма ток, има само електрическо поле.) Опитвайки се да разберат природата на тока и без да знаят от какво се състои токът, те избраха посоката на тока, съответстваща на посока на движение на положителните частици. По-късно се оказа, че неразличим ток, абсолютно същият по ефект, се получава, когато отрицателните частици се движат в обратна посока. Тази симетрия е забележителна характеристика на природата на тока.
В зависимост от това къде се движат частиците, естеството на тока също е различно. Самият настоящ материал е различен:
- Металите имат свободни електрони;
- В металните и керамичните свръхпроводници също има електрони;
- В течности - йони, които се образуват по време на химични реакции или при излагане на приложено електрическо поле;
- В газовете отново има йони, както и електрони;
- Но в полупроводниците електроните не са свободни и могат да се движат в „щафетна надпревара“. Тези. Не електронът може да се движи, а по-скоро място, където той не съществува - „дупка“. Този тип проводимост се нарича дупкова проводимост. В кръстовищата на различни полупроводници естеството на такъв ток поражда ефекти, които правят възможна цялата ни радиоелектроника.
Токът има две мерки: сила на тока и плътност на тока. Има повече разлики, отколкото прилики между тока на зарядите и тока например на водата в маркуча. Но такъв поглед върху течението е доста продуктивен за разбиране на природата на последния. Токът в проводник е векторно поле от скорости на частиците (ако са частици с еднакъв заряд). Но обикновено не вземаме предвид тези подробности, когато описваме тока. Осредняваме този ток.
Ако вземем само една частица (естествено заредена и движеща се), тогава ток, равен на произведението на заряда и моментната скорост в определен момент от време, съществува точно там, където се намира тази частица. Спомнете си как беше в песента на дует Иваси „Време е за бира”: „... ако климатът е труден и астралът е враждебен, ако влакът е тръгнал и всички релси са ВЗЕТИ... ” :)
И сега стигаме до този стрък, който споменахме в началото. Защо една частица има заряд (с движението всичко изглежда ясно, но какво е заряд)? Най-фундаменталните частици (вече със сигурност:) привидно неделими), които носят заряд, са електрони, позитрони (антиелектрони) и кварки. Невъзможно е да се извади и изследва отделен кварк поради задържане; с електрон изглежда по-лесно, но все още не е много ясно. В момента е ясно, че токът е квантуван: не се наблюдават заряди, по-малки от заряда на електрона (кварките се наблюдават само под формата на адрони с общ заряд, равен или нула). Електрическо поле отделно от заредена частица може да съществува само във връзка с магнитно поле, като електромагнитна вълна, чийто квант е фотон. Може би някои интерпретации на природата на електрическия заряд лежат в сферата на квантовата физика. Например полето на Хигс, предсказано от нея и открито сравнително наскоро (ако има бозон, има поле) обяснява масата на определен брой частици, а масата е мярка за това как частицата реагира на гравитационното поле. Може би със заряда, като мярка за реакция на електрическо поле, ще се разкрие някаква подобна история. Защо има маса и защо има заряд са донякъде свързани въпроси.
Знае се много за природата на електрическия ток, но най-важното все още не е известно.
Електричество(от гръцки електрон – кехлибар, тъй като кехлибарът привлича леки тела), или токът започва да се използва едва през 1800 г., когато италианският физик Алесандро Джузепе Антонио Анастасио Волтаизобретява първата батерия в света и по този начин осигурява първия надежден, постоянен източник на електричество.
Как възниква електричеството?
Всичко около нас се състои от малки частици, които са невидими за човешкото око – атоми. Атомът се състои от по-малки частици: в центъра има ядро, а около него се въртят електрони. Ядрото се състои от неврони и протони. Електроните, които обикалят около ядрото, имат отрицателен заряд (-), а протоните, които са в ядрото, имат положителен заряд (+). Обикновено броят на електроните в атома съвпада с броя на протоните в ядрото, така че атомът няма заряд - той е неутрален.
Има атоми, на които може да липсва един електрон. Те имат положителен заряд (+) и започват да привличат електрони (-) от други атоми. И в тези други атоми електроните излитат от орбитите си и променят траекторията си. Движението на електрони от един атом към друг произвежда енергия. Тази енергия се нарича електричество.
Откъде идва електричеството в домовете ни?
Ние получаваме електричество от големи електроцентрали. Електрическите централи имат генератори - големи машини, които работят от източник на енергия. Обикновено източникът е топлинна енергия, която се получава чрез нагряване на вода (пара). А за загряване на вода те използват въглища, нефт, природен газ или ядрено гориво. Парата, която се получава при нагряване на водата, задвижва огромните лопатки на турбината, които от своя страна стартират генератора.
Енергията може да се получи чрез използване на силата на водата, падаща от големи височини: от язовири или водопади (хидроелектрическа енергия).
Вятърната или слънчевата топлина могат да се използват като източник на енергия за генератори, но те не се използват често.
След това работещият генератор, използвайки огромен магнит, създава поток от електрически заряди (ток), който преминава през медните проводници. За да се пренася електричество на големи разстояния, напрежението трябва да се увеличи. За да направите това, се използва трансформатор - устройство, което може да увеличава и намалява напрежението. Сега електричество с висока мощност (до 10 000 волта или повече) се движи през огромни кабели, които са дълбоко под земята или високо във въздуха до местоназначението си. Преди да влезе в апартаменти и къщи, електричеството преминава през друг трансформатор, който намалява напрежението му. Сега готовото за използване електричество се движи през жици до необходимите обекти. Количеството използвана електроенергия се регулира от специални измервателни уреди, които са прикрепени към проводници, минаващи през стените и подовете. доставят електричество на всеки 
стая от къща или апартамент. Електричеството захранва осветление, телевизор и различни домакински уреди.
Ако имате нужда от помощ при решаване на задачи по физика или математика, онлайн преподавателите винаги са готови да ви помогнат. По всяко време и навсякъде ученикът може да се обърне към онлайн учител за помощ и да получи съвет по всеки предмет от училищната програма. Обучението се осъществява чрез специално разработен софтуер. Квалифицирани преподаватели оказват помощ при попълване на домашните и обясняване на неразбираем материал; помощ при подготовката за държавния изпит и единния държавен изпит. Ученикът сам избира дали да провежда часове с избрания преподавател дълго време или да използва помощта на учителя само в конкретни ситуации, когато възникнат трудности с определена задача.
уебсайт, при пълно или частично копиране на материал се изисква връзка към източника.