Почему атомы могут отдавать электроны?

Известно, что электроны находятся на разном расстоянии от ядра атома. В связи с этим, согласно закону Кулона, взаимодей­ствие положительно заряженных протонов ядра с электронами, расположенными в слое, ближайшем к ядру, значительно сильнее взаимодействия протонов с электронами, находящимися в наиболее удаленном слое.

Если от атомов того или иного вещества «оторвать» один или несколько таких слабо связанных (свободных) с ядром электро­нов, то нарушится электрическое равновесие в атомах и вещество будет заряжено положительным электричеством.

Наоборот, если у атомов вещества количество электронов боль­ше количества протонов, то тело приобретает отрицательный заряд. Атом с отрицательным зарядом называют отрицательным ионом.

Изменить количество электронов в атомах различных твердых материалов (наэлектризовать тела) можно, например, воздей­ствием световой энергии, нагреванием, использованием химиче­ских процессов, деформацией кристаллов.

Электризация световой энергией. Профессор А. Г. Столетов в 1888 г. установил, что под действием света из таких материалов, как цинк, алюминий, цезий, натрий, свинец, калий и т. п. , вылетают электроны и эти материалы заряжаются положительным электри­чеством. В этом можно убедиться на опыте.

На стержне электроскопа укрепим полированный диск из цин­ка. При отсутствии электрического заряда на цинке лепестки элек­троскопа будут опущены.

Если на диск направить световой поток (рис. 2, а) , лепестки электроскопа оттолкнутся и разойдутся на некоторый угол. Это показывает, что диск электроскопа и листочки, прикрепленные к его стержню, зарядились одноименными электрическими заряда­ми. По углу отклонения листочков можно судить о величине заряда.

Электризация нагреванием. При сильном нагревании металлов электроны приобретают такую энергию, что вылетают за пределы нагретого металла. В результате этого металл «теряет» электроны и заряжается положительно.

Если к металлической пластинке 1, помещенной в вакууме (рис. 2, б) , присоединить электроскоп и нагреть нить 2, то лепестки электроскопа, отталкиваясь друг от друга, разойдутся на некото­рый угол. Это объясняется тем, что из накаленной нити вылетают электроны. Через пластинку 1 они попадают на электроскоп и заряжают его.

Явление, при котором из сильно нагретых металлов в окружаю­щую среду вылетают электроны, называется термоэлектронной эмиссией. На использовании этого явления основана работа элек­тронных ламп (см. гл. XIII).

Электризация при химической реакции. В химических источни­ках электрической энергии (элементах, аккумуляторах) имеются два полюса: « + » и «—». Положительные и отрицательные заряды в них образуются в результате химических реакций окисления и восстановления, происходящих внутри элементов (рис. 2, в) и акку­муляторов. При окислении атомы вещества отдают электроны. В этом случае атомы и вещество в целом приобретают положи­тельный заряд « + ». При химической реакции восстановления атомы вещества присоединяют к себе электроны и приобретают отрицательный заряд « —».

Электризация давлением. Материалы, у которых под действием давления возникают электрические заряды, называются пьезоэлектриками [4]. К ним относятся кварц, сегнетовая соль, фосфат аммония и др.

Если пластинку пьезоэлектрика (рис. 2, г) поместить между двумя электродами и давить на нее с силой F, то одна грань ее электризуется положительным электрическим зарядом, а противо­положная — отрицательным.

При изменении направления действия сил — при растягиваю­щем усилии — знак заряда на пьезоэлектрике изменяется. Это свя­зано с тем, что под действием механической силы электрические заряды атомов вещества смещаются. Чем больше усилие, дейст­вующее на пьезоэлектрик, тем сильнее он электризуется. Свойства электризации пьезоэлектрика используются в автоматике и других областях новой техники.