Беседы о физике и технике
Шрифт:
6. К чему привело открытие электрона
Электрон — одна из электрически заряженных элементарных частиц класса лептонов, обладающая массой покоя 9,109534•10– 31 кг и отрицательным элементарным электрическим зарядом 1,6021829•10– 19 Кл, — был экспериментально открыт в 1897 г. известным английским физиком Дж. Дж. Томсоном, хотя идеи о существовании электрона высказывались многими учеными значительно раньше, а простейшие электрические и магнитные явления были известны еще в глубокой древности.
Само слово «электрон», как известно, по-гречески
РАССКАЖИТЕ ПОДРОБНЕЕ ОБ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И МАГНЕТИЗМА. ОНА ИНТЕРЕСНА ТЕСНЫМ ПЕРЕПЛЕТЕНИЕМ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ С ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИЕЙ ПОЛУЧАЕМЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.
Учение об электричестве, долгое время представлявшее собой совокупность несистематизированных фактов и противоречивых гипотез, за последние сто лет превратилось в одну из обширных, фундаментальных областей физики и современной техники.
К середине XIX в. основные экспериментальные законы, описывающие поведение электрических зарядов, были хорошо известны. Так, открытие Грэем электрической проводимости как будто бы подтверждало идею о том, что электричество фактически является «веществом» особого рода, веществом, которое может двигаться через проводники. Открытие Дюфе (1734) факта существования двух видов электричества осложнило проблему.
Природа этого «вещества» продолжительное время являлась предметом интенсивных теоретических и экспериментальных исследований.
Только в 1775 г. француз Ш. О. Кулон (1736–1806) поставил первый количественный эксперимент. В эти же годы разрабатывались и источники электрической энергии. Так, 1745 год отмечен изобретением лейденской банки, в 1782 г. появился конденсатор Вольта, а в 1801 г. — вольтов столб.
В начале XIX в. русский ученый В. В. Петров (1761–1834) изготовил гальваническую батарею большой мощности, что позволило получить в 1802 г. электрическую искру при разрыве цепи батареи. В место разрыва им были помещены угольки, дающие возможность получать яркое пламя. В. В. Петров использовал полученную дугу в качестве первого источника электрического освещения. Одновременно им было предложено использование электрической дуги для плавления металлов в так называемых дуговых печах. Эти открытия послужили началом создания нового прикладного направления в науке — электротехники.
А ДУГОВОЙ РАЗРЯД УСПЕШНО «РАБОТАЕТ» И СЕЙЧАС.
В настоящее время дуговой разряд используют в качестве мощного источника света в прожекторах, проекционных аппаратах и киноаппаратах. В металлургии широко применяют электропечи, в которых источником теплоты служит дуговой разряд. Дуговой разряд используют и для сварки металлов.
ВЕРНЕМСЯ К ИСТОРИИ. ВЕДЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА ТЕСНО СВЯЗАНЫ С ИЗУЧЕНИЕМ СТРОЕНИЯ ВЕЩЕСТВА?
В начале XIX в. имелись веские доказательства того, что химические процессы и поведение газов можно наилучшим образом объяснить исходя из
Разложение воды с помощью электрического тока (гальванической батареи Вольта) на кислород и водород было воспринято как одно из доказательств того, что движущееся электричество фактически идентично электричеству, обусловленному трением (т. е. статическому электричеству), поскольку еще с 1750 г. было известно, что последнее может вызвать химическое разложение.
В 1833 г. Майкл Фарадей (1791–1867) установил законы электролиза, в основу которых были положены строгие количественные соотношения.
Было установлено, что между количеством электричества, прошедшего через раствор, и количеством выделенного на электродах вещества существуют определенные строгие соотношения. Может быть, и электрический заряд тоже состоит из отдельных «атомов электричества?» Тогда можно было бы предположить, что и каждый атом вещества несет с собой один или несколько «атомов электричества». И если это действительно так, то легко можно объяснить результаты опыта. Видимо, электрический заряд состоит из мельчайших неделимых порций положительного и отрицательного электричества.
Эти электрические частицы тесно связаны с атомами любых веществ. При растворении эти электрические частицы перемещаются от одного атома к другому. При этом одна частица имеет положительный заряд, другая — отрицательный. Такие заряженные частицы были названы ионами — от греческого слова «ион» — идущий, странствующий. Отсюда следовало, что электрический ток в растворах представлял собой два потока положительных и отрицательных ионов.
Работы Фарадея хотя и не дали научного ответа на природу электричества, однако послужили убедительным подтверждением предположения, что вещество по своей природе имеет атомную структуру и в процессе электролиза каждый атом получает вполне определенное количество электричества.
ЭЛЕКТРОЛИЗ ЖЕ С ТЕХ ПОР ПОЛУЧИЛ РАБОЧУЮ ПРОФЕССИЮ…
Электролиз широко применяют в настоящее время в технике для различных целей. Электрическим способом поверхности одного металла покрывают тонким слоем другого (никелирование, хромирование, омеднение и т. п.). Это прочное покрытие защищает поверхность от коррозии.
При помощи электролиза осуществляют очистку металлов от примесей. Так, полученную из руды неочищенную медь отливают в форме листов, которые затем помещают в ванну в качестве анодов. При электролизе медь анода растворяется, примеси, содержащие ценные и редкие металлы, выпадают на дно, а на катоде оседает чистая медь.
При помощи электролиза получают алюминий из расплава бокситов. Именно этот способ получения алюминия сделал его дешевым и наряду с железом самым распространенным в технике и быту металлом.
Если принять меры к тому, чтобы электрическое покрытие хорошо отслаивалось от поверхности, на которую осаждался металл, можно получить копию с рельефной поверхности. В полиграфической промышленности такие копии (стереотипы) получают с матриц. Процесс получения отслаиваемых покрытий (гальванопластика) был разработан русским ученым акад. Б. С. Якоби (1801–1874) в 1836 г.