Самый наглядный вариант планетарной модели — рука, раскручивающая привязанный на крепкой нитке спичечный коробок (1). В простейшем случае (в атоме водорода) на месте руки будет атомное ядро с одним протоном, а вместо спичечного коробка — один электрон. В более сложных атомах протонов в ядре больше, и столько же электронов на круговых орбитах вокруг ядра (2). Подобная модель названа планетарной потому, что она напоминает схему движения планет вокруг Солнца (3). Возможны достаточно прочные, устойчивые атомы, в ядре которых до ста протонов (+) и на орбитах столько же электронов (—). Благодаря равенству положительных (протоны) и отрицательных (электроны) электрических зарядов вещество, состоящее из таких атомов, не демонстрирует каких-либо явных электрических свойств. Так же как не натёртая пластмасса или не натёртое стекло (Р-1).
А потом в мире атомов открыли ещё одно фундаментальное свойство материи, ещё один вид особых сил — их назвали слабыми ядерными силами, хотя действуют эти слабые силы во много раз сильнее, чем гравитация.
Вот так-то… Всё было просто, была известна одна гравитация, а теперь вон сколько открылось важнейших сил, действующих в нашем мире и полученных в наследство от Большого взрыва. Так что мир наш намного сложней, чем кажется человеку, который, подобно своему доисторическому предку, видит лишь то, что видно с первого взгляда.
Гравитацию, электричество, магнетизм, сильные и слабые силы называют основными, фундаментальными силами природы. Они, если разобраться, в итоге приводят в действие всё, что происходит: вращение планет, химические реакции, тепловые процессы, взрыв атомной бомбы, падение метеорита, считывание любимой мелодии с магнитофонной кассеты.
Здесь самое время заметить, что современная физика пытается увидеть более простую картину. Теоретики ищут возможность поддержать представление о единой природе, о «великом объединении» всех известных сил — сильных, слабых, магнитных, электрических и гравитационных. Один из фрагментов такого объединения обнаружился ещё двести лет назад: оказалось, что электричество и магнетизм не две отдельные, независимые силы — это просто два разных проявления единого электромагнитного процесса. А сравнительно недавно эксперименты подтвердили теорию, объединившую электромагнитные и слабые ядерные силы в едином, как его называют, электрослабом взаимодействии.
В названии этого раздела мы не случайно использовали слово «несколько», вместо того чтобы привести и прокомментировать точную цифру. Ещё не очень давно считалось, что в природе есть пять главных сил. Затем была открыта единая природа электричества и магнетизма, и стали считать, что главных сил четыре. Наконец, электрослабое взаимодействие заставляет говорить о трёх основных силах природы — похоже, что действительно дело идёт к великому объединению. Несмотря на это, мы при необходимости будем говорить о пяти главных силах нашей природы, так как каждая из них очень часто действует самостоятельно.
Но вернёмся, однако, от этой чрезвычайно интересной физики к главной нашей теме — к электричеству.
ВК-22. Электрические свойства электрона и протона, их электрические заряды по величине одинаковы. И суммарный заряд электронов (—) в атоме равен суммарному заряду протонов (+). Эти заряды уравновешивают друг друга, и атом в целом электрических свойств не проявляет. Но если убрать электрон из атома, то он превратится в положительный ион — атом с преобладанием положительного заряда. Появление лишнего электрона превратит атом в отрицательный ион, в атом с преобладанием «минуса».
Р-6. ПАСПОРТ ДЛЯ КАЖДОЙ РАЗНОВИДНОСТИ АТОМОВ. Предполагается, что вся наша огромная Вселенная родилась в результате мощнейшего, как его называют, Большого взрыва. Мы ещё посвятим ему несколько картинок с короткими примечаниями — человек должен хоть что-то знать о своей истории. А пока отметим: предполагается, что уже через несколько секунд после взрыва температура первоначального немыслимо горячего вещества заметно снизилась и в нём стали появляться ядра самых простых атомов — атомов водорода (1). Затем стал возможен ещё один процесс — некоторые водородные ядра, объединившись, превращались в ядро атома гелия (2). Хорошо известные нам теперь более сложные и значительно более сложные атомы стали появляться через миллионы лет, когда зажглись звёзды.
Некоторые важные особенности атома можно отобразить в небольшой записи, условно назвав её паспортом. Именно такие паспорта на этом рисунке сделаны для четырёх атомов (1, 2, 3, 4), а на рисунке Р-7 в таблице Менделеева вы увидите их для большинства известных атомов. Название атома — это, по сути, название чистого вещества, которое из этих атомов состоит. Так, например, газ водород состоит из атомов по имени водород. Самая приметная цифра в паспорте указывает число протонов в ядре и число электронов на орбитах, и она же есть порядковый номер элемента в таблице Менделеева.