Чтобы понять, что же такое электрический ток, необходимо иметь представление о строении атома. Атом – (с древне греческого - неделимый) – это наименьшая составная часть любого химического элемента, которая является носителем его свойств. Атомы настолько малы, что до недавнего времени их нельзя было увидеть ни в один в микроскоп. Лишь в 2010г. Японские ученые объявили о том, что им удалось осуществить непосредственное наблюдение атомов водорода, с помощью электронного микроскопа ARABF-STEM.
До этого, для описания строения атомов использовалась теоретическая модель. Согласно которой, атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Эти отдельные элементы удерживаются как механическими так и электрическими силами.
Протон – заряжен положительно и имеет массу около 1.67262178 × 10-27 Кг.
Нейтрон – не имеет заряда, масса его равна примерно 1,6749543 × 10–27 Кг.
Электрон – заряжен отрицательно, его масса около 9.10938291 × 10-31 Кг.
При этом протоны и нейтроны образуют ядро атома, а электроны, в виде облака, с большой скоростью вращаются вокруг него. Так как разноименные заряды притягиваются - отрицательно заряженные электроны, притягиваются к положительно заряженным протонам и лишь высокая скорость вращения мешает электронам упасть на притягивающее их ядро. Можно провести аналогию с нашей солнечной системой, где солнце – это ядро атома, а планеты вращающиеся вокруг нее – электроны.
Число электронов, которые как мы знаем заряжены отрицательно, равняется числу протонов, заряженных положительно, тем самым они уравновешивают друг друга и атом в целом остается нейтральным.
Количество протонов у различных химических элементов определяется согласно порядковому номеру в таблице Д.И. Менделеева. Так под порядковым номером «1», в таблице находится водород, атом которого содержит соответственно всего один протон.
Так как в электротехнике мы, чаще всего, имеем дело с металлическими проводниками электрического тока, давайте рассмотрим структуру атома меди, т.к. именно из нее выполнено большая часть проводов, использующихся в электропроводке квартир.
Медь «Cu» – в периодической системе Д.И. Менделеева имеет порядковый номер 29, а значит его ядро состоит из 29 протонов, а на орбите находится 29 электронов, при чем у меди четыре разных орбиты.
Структура расположения атомов меди упорядоченная (показана на изображении ниже).
Атомы находятся довольно близко друг к другу. Из-за этого, электроны с внешних орбит, довольно слабо связанные со своим ядром, попадая под действие притяжения соседних ядер, перемещаются и двигаются хаотично. Такие электроны еще называются «свободные электроны». На изображении ниже, показана схема взаимодействия атомов лития и появления свободных электронов.
Все изменяется, когда на металл начинает действовать электрическое поле, которое распространяется внутри проводника со скоростью света.
Каждое заряженное тело создает в окружающем пространстве электрическое поле, которое с некоторой силой действует на электрические заряды. Свободные электроны при этом, двигаются, как и прежде, беспорядочно, но уже по направлению действия электрического поля. Вот это движение заряженных частиц (в металлах это электроны) и называется электрическим током.
Нужно отметить, что движение свободных электронов, под действием электрического поля, очень медленное, почему же тогда стоит нам нажать клавишу выключателя и свет практически мгновенно загорается? Об этом и многом другом поговорим в следующей статье «Электроны в электрической цепи».
