Когда имеешь дело с расчётами, в которых фигурируют очень маленькие или очень большие величины, хорошо иметь абстрактное мышление. Но это часто заслоняет масштабы явлений, скрывающиеся за этими числами. Если нам, например, скажут, что диаметр ядра атома алюминия составляет приблизительно 7 на 10 минус 20 степени метра, а потом поправятся и скажут, что конечно не в минус 20 степени, а в минус 15 степени, для нас практически ничего не изменится. Что ту, что другую величину мы не способны представить, и обе из них будут казаться нам очень маленькими, без особого отличия по степени их малости.
С величинами, с которыми мы сталкиваемся в реальной жизни, обстоит всё иначе. Просто представьте, что на вопрос, сколько идти до ближайшего магазина нам ответят 300 метров, а фактически окажется, что надо было идти 30 километров. А ведь это разница составляет только два порядка, а не пять как в примере с ядром атома, и тем не менее согласитесь, насколько более эмоциональней и красочней она будет воспринята!
После этого вступления покажу на примере как хорошо известные свойства столь привычного металла как алюминий будут восприняты по-другому при переходе рассмотрения его характеристик с атомного уровня на бытовой. При описании примера буду придерживаться положений классической теории физики касающихся процессов протекания электрического тока в металлических проводниках. Согласно ей в атомах ряда металлов существует электроны, очень слабо связанные с его ядром и которые под воздействием даже незначительного внешнего электромагнитного поля могут его покинуть. Направленное движение таких электронов называют током, а электроны свободными. В атоме алюминия есть два таких электрона.
Например имеется обычный телевизор. Он питается от сети переменного тока напряжением 220 Вольт с частотой 50 Герц и при включении потребляет мощность 100 Ватт. Поступающая электромагнитная волна (от электростанции или проще сказать из розетки) возбуждает свободные электроны в различных рабочих цепях телевизора и они начинают двигаться то в одном, то в другом, прямо противоположном направлении (при изменении фазы напряжения). Так как такая смена происходит очень часто (50 раз за секунду), а скорость движения электронов невелика, то фактически они просто колеблются, обеспечивая при этом работу телевизора. Отметим здесь, что электроны в данном случае практически не покидают рабочих цепей телевизора, и потребности в их восполнении нет.
Можно сконструировать телевизор, работающий на постоянном токе. В данном исполнении его работа будет достигаться только при постоянном протекании свободных электронов по рабочим цепям, то есть всегда необходимо их восполнение. Рассмотрим, хватит ли свободных электронов, заключенных в небольшой брусок алюминия (150х60х41 мм) массой в один килограмм, чтобы обеспечить длительный процесс работы телевизора мощностью 100 Ватт и рабочим напряжением 220 Вольт.
При таких параметрах сила тока будет равняться 0,455 Ампера, что соответствует ежесекундному протеканию через цепи телевизора 2,8*10 в восемнадцатой степени электронов. Это очень большая, просто гигантская величина, например если взять такое количество средних по размеру песчинок (диаметром приблизительно один миллиметр), то ими можно будет засыпать площадь размером 10 км на 1 км на высоту 250 метров. Посмотрим, есть ли вообще такое количество свободных электронов в одном килограмме алюминия, и если есть, то насколько его хватит при столь чудовищном ежесекундном расходе?
Ответ крайне удивителен. Чтобы полностью исчерпать все свободные электроны из этого небольшого бруска алюминия при вышеуказанном гигантском и ежесекундном расходе, потребуются не секунды, минуты или даже часы. Только при непрерывной работе в течении более 183 суток все свободные электроны будут израсходованы. Приведённый пример, конечно, в действительности не может произойти, так как уже в самом начале истечения электронов брусок приобретёт положительный потенциал, что воспрепятствует дальнейшему процессу исхода электронов. Однако на нём хотелось хотя бы немного наглядней показать масштабы величин чисел, с которыми в реальной жизни мы даже близко не сталкиваемся.
