Что такое — пробой? Обратимся к аналогии — к пневматике. Допустим, у нас имеется ресивер с высоким давлением воздуха; трубка, соединенная с ресивером, уперта своим открытым концом в толстый слой пористого поролона. При этом воздух, скорее всего, будет потихоньку просачиваться сквозь поролон, но давление в трубке будет сохраняться высоким; это — исходное состояние. Теперь начнем постепенно внедрять трубку в поролон все глубже и глубже. В какой-то момент, естественно, произойдет прорыв воздуха сквозь оставшуюся толщу поролона — это и есть пробой: воздух под давлением разорвет поролон, раздвинет его и устремится по возникшему каналу.

Точно также возникает пробой воздуха атмосферы скопищем электронов грозового облака; нет ни какой разницы, если не считать яркой световой вспышки молнии, которой у пневматики, разумеется, нет. Свет порождает гибнущие в шнуре пробоя электроны. Гром, который мы слышим при грозе, представляет собой волну давления, возникшую в результате резкого раздвигания стенок канала, по которому устремляется поток электронов. Известно, что диаметр этого канала достигает двадцати сантиметров и более, а ток в нем может превышать 200 000 ампер. При подходе к земле молния расщепляется на искры, то есть общий канал распадается на рукава. Средняя скорость молнии равна 10 000 километров в секунду, а длина молнии иногда превышает 10 километров.

Как только давление электронов в канале упадет, атмосферное давление его захлопнет, и молния прекратится; произойдет еще один хлопок — кавитационный.

Пережим канала молнии атмосферным воздухом происходит самым неожиданным образом, и может случиться так, что не все электроны смогут выскочить из него и уйти в землю, и часть из них окажется запертой как бы в ловушке — в мешке; так рождается шаровая молния. Съежившись в клубочек, она будет шипеть и искриться, как шипят и искрятся провода высокого напряжения. Коснувшись токопроводящего предмета, шаровая молния уйдет в него; и лучше, если этим предметом будет не человек.

Какое бы впечатление не производила на нас молния, более убедительные свидетельства существования электричества мы получаем в наши дни от работы электрических приборов и машин. Нагрев утюга, свет электрической лампы, голос радиоприемника, светящийся экран телевизора и многое другое и в быту и за пределами его — все связано с электричеством, все порождено им. И тем не менее сначала обратимся к осмыслению тех невзрачных проявлений движения электронов, с которых начинается изучение электричества школьниками.

Известно, что при трении предметов из некоторых материалов они электризуются; такой процесс происходит при трении стекла о шелк, янтаря или эбонита о шерсть, даже одной ткани по другой. Каков механизм электризации?

Мы уже не раз сравнивали электроны с пылью, воспользуемся этим сравнением и сейчас. При трении электроны буквально механически удаляются с одной поверхности и осаждаются на другой, как стирается, например, пыль мокрой тряпкой с мебели. Казалось бы, пыль должна одинаково распределяться между тряпкой и полированной поверхностью мебели, но нет: она вся осаждается на тряпке и полностью (почти полностью) удаляется с мебели; сказываются разные способности тряпки и полированной поверхности адсорбировать, то есть воспринимать, пыль.

То же самое происходит с электронами: они легко стираются шелком со стекла, янтарем с шерсти, одной тканью с другой и так далее. Но есть и такие материалы, и их большинство, которые адсорбируют электроны одинаково: как бы мы не терли друг о друга предметы из этих материалов электризация не обнаруживается.

В общем случае электризация выражается либо в избытке электронов, либо в их недостатке (и избыток и недостаток определяются относительно нормального «атмосферного» потенциала), и она свойственна как для проводников (металлов), так и для диэлектриков; но формы ее выражения во всех случаях — разные. В металлах и дефицит и излишек электронов рассредоточиваются по всему телу, а в диэлектриках этого не происходит; выше об этом мы уже говорили.

Каждый в отдельности атом (или молекула) диэлектрика способен удержать в независимости от своих соседей как излишек электронов, так и их недостаток; и этому способствуют, в частности, присасывающиеся воронки петель атомов; получается как бы точечная электризация. И такое свое состояние атом может удерживать некоторое время, пока в результате естественной миграции электронов их потенциал на атоме не выровняется с окружающим.

Говорилось уже и о том, что облепленные электронами присасывающие участки атомов нейтрализуются, а оголенные, наоборот, усиливают свои присасывающие способности. И поэтому уместно сравнение электронов с пылью: облепленные пылью куски сырой глины, как известно, не склеиваются.

Все эти особенности электризации очень удачно используются в светокопировальной технике типа ксерокс. С покрытой особым материалом (чаще всего — селеном) поверхности пластины удаляют электроны и оголяют тем самым все поверхностные атомы. Затем на пластину проецируют изображение; под действием света атомы снова насыщаются электронами, но там, где свет не попал, дефицит электронов сохраняется. После этого на пластину наносят порошок красителя; и там, где на пластине сохранились оголенные атомы, порошок прилипает. Пластину с прилипшим красителем прижимают к бумаге, и краситель переходит на нее; так получают копии изображений.

В качестве другого примера можно рассмотреть использование явлений электризации и слипания молекул в живой мышце. Ткань мышцы состоит из перемежающихся молекул актина и миозина, причем молекула миозина имеет полукруглую головку, упирающуюся в актин. Все пространство между молекулами заполнено жидкостью с избытком электронов; электроны облепливают молекулы миозина и актина и нейтрализуют их способность слипаться; мышца расслаблена. Сигнал на сокращение подается в виде порции кальцинированной жидкости с дефицитом электронов. Скатываясь по миозину и попадая на актин, эта жидкость отбирает у обоих молекул электроны, оголяя тем самым их присасывающие участки. В результате начинается слипание молекул; оно выражается в том, что головка миозина обкатывается по актину; при этом происходит частичное укорачивание мышцы. Если порции управляющей жидкости будут повторяться, то сокращение мышцы продолжится. Но как только поступление этой жидкости прекратится, начнется обратный процесс: избыточные электроны среды, проникая между головкой миозина и молекулой актина, будут заполнять их присасывающие участки, нейтрализуя их способность слипаться; мышца снова расслабится.

Можно предположить, что такой процесс разделения атомов и молекул под воздействием проникающих в присасывающие места электронов лежит в основе растворения веществ: электроны растворителя, имея возможность свободно перемещаться вместе со своим молекулами и подходить как угодно близко и с разных сторон к молекулам растворимых веществ, ослабляют их связи настолько, что они распадаются, то есть диссоциируют.

Наэлектризованность тел обнаруживается обычно визуально: тела либо притягиваются, либо отталкиваются; у тяжелых предметов эти явления не столь очевидны, но у легких — бросаются в глаза. Потертая о сухие волосы пластмассовая расческа притягивает к себе листочки бумаги, наэлектризованные легкие ткани слипаются, или наоборот, расходятся; таких примеров можно привести множество.