Как объяснить ребенку, что такое электричество, и как оно работает? Задача непростая, особенно, если сам точно не знаешь. Возьму на себя смелость рассказать простыми словами, с понятными аналогиями.
И так начнем с понятий: «электричество», «напряжение», «электрический ток».
Само слово «электричество» происходит от слова «электрон», которое на древнегреческом означает «янтарь». Причем здесь янтарь? Может помните в школе нам рассказывали, как до нашей эры в Греции один философ потер янтарь о мех и обнаружил, что после этого к янтарю прилипают легкие предметы типа перьев и волос. Расскажу, что лежит в основе данного явления.
Вспомним "базу". По основной принятой теории строения вещества, все материальные объекты состоят из молекул, молекулы состоят из атомов, атомы состоят и нейтронов, электронов и протонов, которые тоже из чего-то состоят, но нам глубже не нужно. Протоны и нейтроны в центре атома составляют его ядро, вокруг него "вращаются" электроны. Идут споры о том, как именно на самом деле в пространстве это все организовано, но для нас это сейчас не имеет значение.
Главное, что есть эти три частицы, они характеризуются по мимо прочего знаком "заряда". Договорились, что есть положительный заряд, есть отрицательный. Электрон несёт отрицательный заряд, протон - положительный, нейтрон - нейтральный. т.е. нулевой, без заряда. Один из фундаментальных принципов мироустройства - одноименные заряды отталкиваются, разноименные - притягиваются. Причины этого кроются на субатомном уровне, там где начинается сложная и непонятная квантовая физика, в такие дебри мы пока не полезем.
Возвращаемся к меху и янтарю. Во время их плотного контакта электроны "перепрыгивают" с меха на янтарь, таким образом заряжая его отрицательно. Возможность электронов вот так "перепрыгивать", обусловлена строением конкретного вещества. т.е. не у каждого предмета есть такое свойство, у меха есть.
Теперь янтарь должен притягивать к себе положительно заряженные предметы и отталкивать заряженные отрицательно. Тут вопросов нет. Но почему янтарь притягивает не заряженные волоски, бумажки, пёрышки и пыль? Мы же их не терли и никак не заряжали. Тут тоже все не так сложно:
1. Упрощённо: когда мы подносим отрицательно заряженный стержень к нейтральному предмету, то "отрицательность" стержня отталкивает с поверхности предмета электроны чуть в глубь. Таким образом на поверхности остаются нейтральные и положительно заряженные частицы. К положительно заряженным частицам и притягивается стержень. Это в случае, если в веществе предмета были электроны, способные к такому перемещению. Это не всегда так.
2. В некоторых веществах молекулы представляют собой так называемые "диполи", в них один "конец" молекулы заряжен больше положительно, а другой "конец" больше отрицательно. Т.е. есть как бы смещение зарядов в пространстве. Тогда, когда мы подносим стержень с "отрицательностью", мы разворачиваем молекулы так, что положительный "конец" молекул тянется к стержню, а отрицательный становится дальше от него. Вот и происходит притяжение.
Возвращаемся к понятию "электричество". Словарь "сообщает", что это просто совокупность явлений, причина существования которых - взаимодействие и движение электрических зарядов, о которых говорилось выше. Ну т.е. это такое очень общее понятие.
А что такое "напряжение"? Напряжение у нас в розетках 220 вольт, кто-то слышал про 380 вольт и даже тысячи вольт на линиях электропередач и в гудящих трансформаторных будках.
Напряжение, опять же, упрощённо - это когда есть одно место, где много одного заряда на каких-то частицах, и есть второе место, где этого заряда на каких-то частицах меньше, причем знак заряда не имеет значения. Между этими двумя точками и возникает напряжение, т.е. "желание" зарядов "перебежать" из места, где их много, в место, где их меньше.
Это как с ветром, есть область с повышенным атмосферным давлением, т.е. там в заданном объеме воздуха больше, он плотнее, и есть область с пониженным давлением, там в том же объеме воздуха меньше. Это непорядок, воздух начинает течь из места где его с избытком, в место где его меньше, чтобы произошло выравнивание. Так же с водой, вы открываете плотину, и вода бежит из области где ее много, в область где ее меньше.
Это напряжение.
И теперь ток. То, что у нас бежит из-за напряжения, т.е. какие-то частицы с зарядами, это и есть ток.
Почему я упорно пишу "какие-то частицы, потому что "электрический ток" - это не только электроны, как многие знают, но и, например, катионы, анионы или даже "дыры" в полупроводниках. Тема полупроводников, на которых построены практически все современные компьютерные и иные важные технологии конечно же заслуживает отдельной статьи, попробую потом написать.
Что мы имеем в итоге?
Просто "электричество" - это совокупность некоторых явлений, которые существуют из-за того, что есть заряженные частицы и они часто движутся.
"Напряжение" - это то, что возникает в пространстве между двумя точками, где есть разное количество зарядов. Эти заряды стремятся перебежать из точки, где их больше в точку, где их меньше. Природа стремится к равновесию.
"Электрический ток" - это как раз "бегущие" из-за напряжения по какому-то материалу заряженные частицы.
В следующей статье расскажу про переменный электрический ток.
А тут писал про ультрафиолет. Благодарю за внимание и уделённое время.