Физика и электроны

1. Понимание строения атома: протоны, нейтроны, электроны

Атом — это базовая единица вещества. Он состоит из:

• Ядра, в котором:

• Протоны (p⁺) — положительный заряд

• Нейтроны (n⁰) — нейтральны

• Электронов (e⁻) — отрицательный заряд, вращаются вокруг ядра по орбиталям (электронным оболочкам)

Важно: именно электроны участвуют в электричестве. Протоны и нейтроны в обычных условиях неподвижны.

2. Что такое заряд, ток, напряжение, сопротивление

Электрический заряд (Q) — свойство частиц, определяющее их электромагнитное взаимодействие.

• У электрона заряд отрицательный, у протона — положительный

• Измеряется в кулонах (Кл)

Электрический ток (I) — это упорядоченное движение заряженных частиц (обычно электронов) в проводнике.

• Единица измерения: Ампер (А)

• Направление тока от плюса к минусу, но электроны движутся наоборот (это важно понимать — физическое направление и условное разные)

Напряжение (U) — разность потенциалов между двумя точками, "сила, толкающая ток".

• Измеряется в вольтах (В)

• Можно представить как перепад давления, заставляющий электроны двигаться

Сопротивление (R) — способность материала препятствовать току

• Единица: Ом (Ω)

• Больше сопротивление — меньше ток при том же напряжении

3. Закон Ома: U = I × R

Это фундамент:
Напряжение = Ток × Сопротивление

Пример:
Если у тебя напряжение 12 В и сопротивление 6 Ом, ток будет:
I = U / R = 12 / 6 = 2 Ампера

4. Что такое электрическое поле и направление тока

Электрическое поле — это область, в которой электрический заряд испытывает силу.

• Представь, как гравитация действует на предмет — так же поле действует на заряд

• Внутри провода, поле "толкает" электроны к положительному полюсу

Направление тока — условное направление движения положительных зарядов (от + к -)

• Хотя на самом деле движутся отрицательные электроны в обратную сторону (от - к +)

5. Свободные электроны в металле и проводимость

• В металлах внешние электроны слабо связаны с атомом и легко перемещаются

• Эти свободные электроны создают электрический ток, когда появляется напряжение

• Металлы (медь, алюминий) — отличные проводники

6. Различие проводников, диэлектриков и полупроводников

• Проводники: много свободных электронов (медь, серебро, алюминий)

• Диэлектрики: нет свободных электронов, ток не идет (резина, пластик, стекло)

• Полупроводники: в обычных условиях — почти как диэлектрики, но при нагреве/напряжении/свете — ведут ток (кремний, германий)

Электрическое поле (E)

Возникает вокруг любого заряда (например, электрона или протона)
Положительные и отрицательные заряды притягиваются, одинаковые — отталкиваются
Поле направлено от положительного заряда к отрицательному
Действует на другие заряды, "толкая" их

Пример:

→ E → −
(поле "течёт" от плюса к минусу)

Магнитное поле (B)

Возникает вокруг движущегося заряда (то есть, если ток уже есть)
Или вокруг магнитов — с "северным" и "южным" полюсом
Сам по себе не притягивает заряд, но отклоняет его, если он движется
Вектор силы (сила Лоренца) перпендикулярен движению частицы и направлению поля

1. Как магниты связаны с электричеством (электромагнетизм)

Электромагнетизм — это объединённая теория электрических и магнитных явлений. Суть:

Движущийся заряд (ток) создаёт магнитное поле, а меняющееся магнитное поле может вызвать электрическое поле (то есть — ток в проводе).

Это открыл Майкл Фарадей, а уравнения собрал Максвелл.

2. Как из тока получается магнитное поле

Представь:

Провод с током — по нему бегут электроны → вокруг провода образуется магнитное поле по кругу.

Правило правой руки (для проводника с током):

Направь большой палец в сторону тока (от плюса к минусу — условно)
Остальные пальцы согни — они покажут направление магнитного поля вокруг провода (по кругу)

Визуализация:

Провод вверх → ток вверх
Поле — по кругу вокруг него, как кольца

3. Что такое электромагнитная волна (свет, радиоволны и т.д.)

Если электрическое поле меняется во времени, оно порождает магнитное поле.
А меняющееся магнитное поле порождает электрическое поле.
→ Они взаимно создают друг друга, распространяясь в пространстве — это и есть электромагнитная волна.

Примеры электромагнитных волн:

Радиоволны (радио, Wi-Fi, Bluetooth)
Микроволны (печки, связь)
Инфракрасное излучение (тепло)
Видимый свет (глаза)
УФ (ультрафиолет)
Рентген
Гамма-лучи

Все они — одно и то же явление, только с разной частотой и длиной волны.

Вывод:

Ток → создает магнитное поле
Изменение магнитного поля → индуцирует ток
Взаимное изменение полей → электромагнитная волна
Свет и Wi-Fi — это электричество и магнетизм в чистом виде, летящие в вакууме

1. Как связан свет, фотоны и электричество с магнетизмом?

Свет = электромагнитная волна.

Когда ты смотришь на лампу, ты видишь волны, состоящие из электрического и магнитного поля, колеблющихся друг перпендикуляру другому и направлению движения.

Что такое фотон?

Фотон — это квант (порция) электромагнитной волны
То есть, если представить, что свет — это "волнa", то фотон — это "кусочек" этой волны, как капля в волне воды
Свет — это одновременно и волна, и частица (фотон)

Как это связано с электричеством и магнетизмом?

Движущийся заряд → создает магнитное поле
Изменяющееся магнитное поле → создает электрическое поле
Вместе они создают волну → вот и фотон!
Чем выше частота колебаний, тем больше энергия фотона (например, у фиолетового больше, чем у красного)

2. Как электромагнитные волны передают информацию?

Главное — модуляция: ты изменяешь волну, чтобы вложить в неё данные.

Представь:

У тебя есть волна — несущая. Ты можешь:

Изменять её амплитуду → AM-радио (amplitude modulation)
Изменять её частоту → FM-радио (frequency modulation)
Цифрово переключать её → Wi-Fi, Bluetooth, LTE (например, включена/выключена = 1/0)

Радиопередатчик кодирует данные в колебания, радиоприемник декодирует их обратно

Что значит "летит по воздуху"?

Когда говорят, что электромагнитная волна (радио, свет, Wi-Fi) "летит", имеют в виду:

В точке A (передатчик) начинается колебание электрического и магнитного поля
Это колебание распространяется во все стороны, как круги на воде

Волна — это не частица, не "летит как шарик", она распространяется в пространстве
Воздух тут даже не нужен — радиоволны летят и в вакууме (в космосе же спутники работают!)

Как волна "знает" куда лететь?

Никак. Она летит во все стороны одновременно.

Радиоволна — это взрыв поля, как вспышка, которая разлетается сферически
Кто поставил антенну и настроился на нужную частоту, тот и поймал её

А как же Wi-Fi или Bluetooth, если они "точечно"?

Там есть направленные антенны и слабая мощность:

Антенна Wi-Fi работает как "фонарик" — излучает волны в определённую зону
Устройство слушает определённую частоту и синхронизируется с источником
Как будто ты настроился на нужную волну посреди множества других

Что такое магнит?

Магнит создаёт магнитное поле. Откуда оно берётся?

Внутри магнита есть атомы (например, железа), у которых:

Электроны не просто "висят", а движутся по орбитам и вращаются вокруг своей оси (спин)

Эти движения — это ток на микроуровне
Когда много атомов "смотрят" в одну сторону, их микроскопические токи суммируются → получается настоящий магнит

📌 То есть магнит = совокупность микроскопических токов
Это и есть "движущиеся заряды", только не как провод, а внутри атомов.