Электричество и магнетизм

В старину электрические явления в виде молнии и грома вызывали у людей жуткий страх. Позднее мы научились использовать электричество для своих нужд. А магнетизм, некогда не более чем диковинное явление, сегодня играет одну из важнейших ролей в гигантских генераторах, обеспечивающих нас энергией.

Некоторые ткани сильно электризуются, когда пошитую из них одежду снимают через голову.

Иногда заряд бывает настолько мощный, что можно слышать треск электрических искр, а в темном помещении - даже видеть их. Эти искры представляют собой молнию в миниатюре и, подобно последней, возникают в результате резкого электрического разряда. Во время грозы наэлектризованное облако разряжаемся, при этом выделяемся огромное количество энергии в виде света и тепла. Свет воспринимается нами как вспышка молнии,тепловой поток вызывает внезапное, взрыцвоподобное расширение воздуха - и мы слышим раскаты грома.

Все окружающие нас объекты содержат миллионы электрических зарядов, состоящих из частиц, находящихся внутри атомов - основы всей материи. Центральная часть или ядро большинства атомов включает два вида частиц: нейтроны и протоны. Нейтроны не имеют электрического заряда, в то время как протоны несут в себе положительный заряд. Вокруг ядра вращаются еще одни частицы - электроны, имеющие отрицательный заряд.

Как правило каждый атом имеет одинаковое количество протонов и электронов, чьи равные по величине, но противоположные заряды уравновешивают друг друга.

В результате мы не ощущаем никакого заряда, а вещество считается незаряженным. Однако, если мы каким-либо образом нарушим это равновесие, то данный объект будет обладать общим положительным или отрицательным зарядом в зависимости от того, каких частиц в нем останется больше - протонов или электронов.

Электричество и трение

Различные материалы иногда электризуются при трении друг о друга, поскольку при этом происходит переход электронов из одного материала в другой. Например, если вы пользуетесь пластмассовой расческой, электроны волос переходят на нее. В результате расческа оказывается отрицательно заряженной, а волосы имеют положительный заряд, так как теперь в них больше протонов, чем электронов. Заряженные объекты притягивают незаряженные, и поэтому к расческе пристают небольшие кусочки бумаги.

Притяжение и отталкивание

Заряженные объекты либо притягивают, либо отталкивают друг друга. Если они имеют противоположные заряды, то между ними действует сила протяжения. Но если у них одноименные заряды, то тогда имеет место сила отталкивания.

Считается, что объект, наэлектризованный за счет трения, обладает статическим электричеством, поскольку заряд может оставаться внутри него почти бесконечно. Такой объект останется заряженным до тех пор, пока в нем не будет восстановлен баланс положительных и отрицательных частиц. Это достигается путем предоставления возможности "перетекания" заряженных частиц из данного объекта или в него.

Например, объект, получивший отрицательный заряд ввиду передачи ему дополнительного количества электронов, можно разрядить, если позволить лишним электронам вновь покинуть его. А положительно заряженный объект в результате потери некоторого количества электронов можно разрядить, дав возможность недостающим электронам вернуться назад. Любое подобное движение заряженных частиц называется электрическим током.

Проводники

Вещества, позволяющие току проходить через них, называются проводниками. Металлы и графит, а также обычная разновидность углерода являются хорошими проводниками электричества. К материалам, которые обычно не проводят электричество, относятся янтарь, нефть, воск, стекло, бумага и пластмасса. Такие материалы называются диэлектриками.

Предположим, к примеру, что металлическому шару был дан положительный заряд, а другому подобному шару - равный по величине отрицательный заряд. Если между ними есть путь тока, то электроны будут перетекать с отрицательно заряженного шара на положительно заряженный до тех пор, пока у обоих шаров не окажется одинаковое число отрицательных и положительных зарядов. Этого можно добиться, соединив шары проводником, например, куском проволоки.

В XVIII веке многие ученые проводили опыты с электричеством, используя машины, обеспечивающие трение одного материала о другой для получения мощного электрического заряда. Однако такой заряд быстро исчезал в результате внезапного выброса тока при подсоединении проводника к оборудованию. Гораздо более пригодным для многих опытов был бы источник, способный производить достаточно стабильный ток в течение более длительного периода времени. В 1790-е годы итальянский ученый Алессандро Вольта нашел нужное решение - он изобрел гальванический элемент и батарею.

Элементы и цепи

Гальванический элемент преобразует химическую энергию в электричество. Эти элементы часто соединяют друг с другом или группируют для получения более мощного источника электроэнергии в точках подключения, или полюсах. Такие соединения называются батареи. Однако единичные элементы также часто именуют батареями. Цепь состоит из источника электричества (такого как батарея) и пути тока, но которому ток может протекать от одного полюса источника к другому. Электроток представляет собой поток электронов; его можно сравнить с потоком воды, текущей по трубе. Чтобы заставить воду течь по трубе, необходимо приложить давление, то