Вот почему в процессе использования нагреваются ноутбуки, пылесосы и фены. Электрическая энергия должна куда-то выходить, и если она не преобразовывается в какие-то другие виды энергии, то неизбежно выделяется в виде тепла. В фенах это свойство используется для нагрева воздуха: они так устроены, чтобы преобразовывать электрическую энергию в тепло очень концентрированным способом. Но производителям ноутбуков приходится думать над тем, как избавиться от тепла, выделяемого в ходе работы устройства, потому что перегрев снижает эффективность функционирования электронных схем. За использование электрической энергии неизбежно приходится платить «тепловой налог»[76].
Таким образом, упорядоченное перемещение электронов обеспечивается действием электрического поля. В действительности батарея не является источником электронов – в окружающем нас мире их более чем достаточно. Задача – создать электрическое поле, действие которого обусловливает упорядоченное перемещение электронов. Если электрическая цепь замкнута, это электрическое поле заставит электроны двигаться по образовываемому ею контуру. На первый взгляд ничего сложного. Но что означают все эти числа, нанесенные на электрические разъемы и указанные мелким шрифтом в рекомендациях по соблюдения мер безопасности? Возможно, лучше всего воспользоваться типично британским подходом к решению любых проблем: найти коробку печенья и поставить на плиту чайник?
Главная особенность такого подхода заключается в том, что он включает и перерыв, и чай. Некоторые из моих американских коллег никогда этого не понимали и во время чаепития продолжали говорить о работе. Но для истинного британца «поставить чайник на плиту» означает смену ритма. Я собираюсь сделать это сейчас, причем в данном случае воспользуюсь электрическим чайником. Для этого мне нужно наполнить его водой и вставить вилку в розетку. Я разрешаю своему мозгу расслабиться ненадолго, пока чайник выполняет порученную ему работу.
Нажатие кнопки включения выполняет очень простую функцию: сдвигает маленькую металлическую пластину, в результате чего в электрическую цепь добавляется последний фрагмент, превращающий ее в замкнутый контур, по которому электрический ток может проходить от одного штырька вилки до другого. Правда, в данном случае источник электрического поля не батарея, а гнезда настенной электрической розетки.
У стандартной трехконтактной вилки сверху есть один длинный штырек. Он называется штырьком заземления и полностью отделен от остальной электрической цепи. По сути, он выполняет ту же задачу, что и мой автомобиль холодным снежным утром, – создает путь для отвода избыточных электронов, которые могут накапливаться в нежелательном для нас месте (скажем, на поверхности корпуса чайника). Этот путь не имеет никакого отношения к пути, по которому проходит электрический ток, нагревающий мой электрочайник.
Другие два штырька меньшего размера – это составные элементы электрической цепи, которая служит для нагрева электрочайника. Один из них ведет себя как фиксированный положительный заряд, а другой – как фиксированный отрицательный заряд. Нажимая кнопку включения, я добавляю недостающее звено в электрическую цепь, в результате чего она становится замкнутой. Под действием электрического поля в ней начинается упорядоченное движение электронов. Они отталкиваются от штырька – носителя отрицательного заряда и, проходя через цепь электрочайника, притягиваются к положительно заряженному штырьку. Итак, пока я ищу заварочный чайник и пакетики с чаем, электроны продолжают циркулировать по замкнутой цепи моего электрочайника.
В нижней части электрочайника указано, что он может питаться от сети напряжением 230 вольт (230 V). Напряжение означает силу электрического поля, которое обусловливает упорядоченное движение электронов в замкнутой электрической цепи. Чем сильнее это электрическое поле, тем большую энергию должен потратить каждый электрон при прохождении электрической цепи. Таким образом, величина напряжения говорит нам о количестве энергии, используемой при прохождении электрической цепи. Выше мы приводили аналогию с перемещением людей в кабине лифта. Если ее продолжить, то напряжение – это высота, с которой электрон скатывается по горке электрической цепи к другому штырьку вилки. Чем выше напряжение, тем больше энергии понадобится каждому электрону при прохождении электрической цепи.
