Как познакомились с электроном

Более двух тысяч лет назад римский поэт и мыслитель Лукреций в своем сочинении «О природе вещей» утверждал, что вся окружающая нас природа состоит из бесконечного числа мельчайших частиц, не видимых глазом и находящихся в беспрерывном движении. Прошли века, прежде чем наука откликнулась на высказанное Лукрецием предположение, и была создана правильная теория строения вещества. В начале XIX века ученые пришли к выводу, что природа располагает лишь ограниченным, а не бесчисленным числом сортов этих мельчайших строительных «кирпичиков». Их назвали атомами, что значит «неделимые».

Загадочные лучи заставили светиться стекло трубки. Положительный электрод отбрасывал резкую тень.

Ряд опытов, проведенных физиками в конце XIX века, опроверг неделимость атома.

В то время многие изучали явление электрического разряда (искру) в разреженном пространстве. Для этой цели в стеклянную колбу впаивали две металлические пластинки (электроды), а затем откачивали из колбы воздух. К пластинкам подсоединяли разноименные полюса источника высокого напряжения.

С уменьшением давления в колбе менялся и характер разряда. Искра сначала удлинялась, потом превращалась в широкий светящийся столб, меняла окраску, наконец, исчезала полностью. Это происходило тогда, когда давление в колбе снижалось до одной миллионной доли атмосферного. В этот момент начинало светиться стекло за электродом, присоединенным к положительному полюсу. Правда, сам электрод отбрасывал на это свечение тень, точно соответствующую его форме. Создавалось впечатление, что какие-то невидимые лучи, испускаемые отрицательным электродом, распространяются прямолинейно и вызывают свечение стекла. Изучение свойств этих лучей позволило сделать очень интересные выводы.

Лучи оказывали механическое действие: они нагревали и заставляли светиться стекло, вращали маленькую мельничку, ударяясь в ее лопасти. При поднесении магнита тень смещалась в сторону — значит, смещался и удивительный луч. Это уже свидетельствовало о том, что неизвестные лучи представляют собой электрический ток. Только взаимодействием двух магнитных полей (поля проводника, по которому протекает ток, и поля магнита) можно было объяснить отклонение тока. Всеми этими свойствами могли обладать лишь мельчайшие частицы, обладающие отрицательным электрическим зарядом. Вычисления позволили найти {66} массу и заряд такой элементарной частицы. Масса частицы оказалась в 1840 раз меньше массы самого маленького из атомов — атома водорода. Попробовали менять материал отрицательного, электрода, но электроны (так были названы эти мельчайшие частицы) оставались неизменными.

Становилось очевидным, что электроны являются частью материи, входят в состав всех атомов. Постепенно многочисленные исследования позволили представить себе «конструкцию» атомов.

В центре атома находится его ядро, обладающее положительным зарядом. Вокруг него на различных расстояниях вращаются электроны. Положительный заряд ядра уравновешивается отрицательными зарядами электронов. Поэтому атом электрически нейтрален. За счет очень большой скорости электроны преодолевают силу притяжения ядра и не падают на него. Атомы различных веществ имеют и различное количество электронов. Например, атом водорода содержит лишь 1 электрон, атом железа — 26.

Достаточно отнять у атома один или несколько электронов, как он уже становится положительно заряженным. «Отнятые»-же электроны окажутся в другом веществе лишними. Оно зарядится отрицательно. Так объясняется электризация. «Путешествия» электронов не во всяком веществе удаются одинаково легко. Некоторые атомы очень крепко «держат» свои электроны (атомы диэлектриков). В них каждый электрон «под надзором». Иначе обстоит дело в металлах. Здесь наиболее далекие от ядра электроны часто «отрываются» и начинают свободно «гулять» между атомами. Их называют свободными электронами.

Теперь становится понятной и природа ионизации атмосферы. Под действием солнечного излучения электроны становятся «сильнее». Им удается покидать свои атомы, «вырываться на свободу».