Глава 1. Приключения начинаются

Юный электрон Дима был одной из элементарных частиц, из которых состоит весь наш мир, включающий кучу других миров, разных видов и разных размеров. Миром же Димы был атом металла, который назывался медью.

Медь, надо сказать, была материалом уважаемым. Не золото, конечно, чтобы все ахали, и не серебро, чтобы важничать, но тоже весьма прилично. Не какое-нибудь там ржавое железо и не алюминий, которого везде как грязи. А медь была серьёзной. Рабочей. Надёжной.

Дима лениво парил в пустоте. Ему было тепло, темно и совершенно нечего делать. И это очень даже устраивало Диму, с самого рождения не любившего чем-нибудь заниматься. Ну какой смысл? Зачем куда-то нестись, когда можно просто висеть в пустоте и мечтать о приключениях, которые когда-нибудь с ним произойдут?

Иногда, правда, ему казалось, будто внутри всё слегка подталкивает: «А не полететь ли куда-нибудь? Хоть чуть-чуть?». И тогда многие электроны рядом с ним вдруг начинали двигаться в одну сторону. Не быстро. Совсем не быстро. Скорее так, будто кто-то очень вежливо сказал: — Уважаемые электроны, пожалуйста, не толпимся. Продвигаемся. Медленно. Организованно.

Но Дима обычно не поддавался.
— Нет уж, — бормотал он. — Я электрон… основательный. Никуда не спешу.

И так продолжалось до сегодняшнего дня, когда желание куда-то полететь обрушилось на него особенно сильно. Ему стало ясно: сидеть на месте больше невозможно.

Он огляделся. Все его соседи уже давно исчезли в темноте, а на их место наплывали другие, незнакомые электроны, и их было бесчисленное множество. Всё вокруг словно стало частью какого-то большого, невидимого движения.
И Дима решился.

Родные места стали быстро удалятся от него, кромешная темнота надвигалась. Но тут рядом замерцал мягкий свет. Дима с интересом посмотрел на пульсирующее свечение, становящееся все ярче и ярче.

Из сияния выплыл кто-то большой и круглый. Очень круглый и очень большой. внушительный.
Он улыбался.
— Ого! — сказал незнакомец. — - грядут большие перемены! Если сам Дима сдвинулся с места. Значит, дело серьёзное.

Дима присмотрелся и ахнул:
— Это же… ядро?!
— Совершенно верно, — кивнул незнакомец. — Но друзья зовут меня Дядюшка Я. Коротко и солидно.
— Здравствуйте, — осторожно сказал Дима.
Потом подумал и добавил:
— До свидания.
— Сто-ой! — сказал Дядюшка Я.
И Дима вдруг остановился.

Он недоуменно посмотрел вокруг. Про то, что он может остановиться, он даже не задумывался. Ему представлялось, что после полёта он прибудет в какое-то место, и там произойдёт что-то грандиозное, такое, что запомнится на всю жизнь, такое вот... ух... Но просто остановиться? Хм...

— Я… я умею останавливаться? — прошептал он.
— Ещё как, — хмыкнул Дядюшка Я. — А ещё ты умеешь удивляться, задавать вопросы и попадать в приключения. Поздравляю: ты в сказке.
— Где?!
— В сказке, — повторил Дядюшка Я. — в волшебной сказке для людей среднего и старшего детского возраста, про электричество. Я понимаю, что это тебе ни о чем не говорит, но дай время, и ты все поймёшь. Ты же мечтал о приключениях? Вот, оно начинается, и ещё какое! Пойдём со мной, и ты будешь самым знаменитым электроном во Вселенной. Я не обещаю, что это будет точно, но, вероятность очень большая. И, если повезёт, то сказка будет веселая и интересная. Если не повезёт — тоже про электричество, только с формулами.

Дима побледнел.
— А формулы будут страшные?
— Не сразу, — успокоил его Дядюшка Я. — Сначала будет интересно. Потом понятно. Потом местами смешно. И только потом — формулы.

Дима немного успокоился.
— Так что же со мной происходит?
— Ты участвуешь в создании электрического тока, — сказал Дядюшка Я.
— Я? Один?
— Нет, конечно. Один электрон — это не ток. Это так, личная инициатива.
А вот когда много электронов движутся упорядоченно в одну сторону, получается электрический ток.
— Упо… что?
— Упорядоченно. Без паники, без суеты и без криков «ой, кто меня толкнул».
Дима задумался.
— Значит, мы все движемся не просто так?
— Именно, — кивнул Дядюшка Я. — Вас подталкивает электрическое поле.
— Это кто ещё такой?
— Невидимый начальник, — сказал Дядюшка Я. — Самого не видно, но все почему-то начинают двигаться.
— Ого, — уважительно сказал Дима. — Серьёзная штука.
— Ещё какая. Я его, поля, тоже никогда не видел, хотя много где побывал. Ну что, готов к приключениям?
Дима выпрямился так, как только может выпрямиться электрон.
— Да! — сказал он. — Только объясняйте попроще. Я всё-таки не профессор.
— Конечно, — сказал Дядюшка Я. — Профессора часто всё только усложняют.

— Для начала, — сказал Дядюшка Я, — разберёмся, кто здесь вообще живёт. Под «здесь» понимается атом меди, к примеру.
— Я живу, — сказал Дима.
— Это заметно. Но, кроме тебя, есть ещё другие электроны, а также я — ядро. А внутри меня сидят протоны и нейтроны.
— И что они делают?
— Протоны важничают, нейтроны сохраняют спокойствие, а вместе они делают вид, что всё под контролем.
— Прямо как взрослые? — спросил Дима.
— Очень похоже, — вздохнул Дядюшка Я.

Он продолжил:
— У электрона есть отрицательный заряд. Его обозначают знаком минус.
У протона — положительный заряд, то есть плюс.
А нейтрон вообще без заряда. Нейтральный. Ему всё по барабану. Но про меня сейчас разговор не ведем, сейчас мы говорим про тебя, про электрон, и твоих соседях, тоже электронах.
— Подождите, — сказал Дима. — А что такое заряд?
Дядюшка Я кашлянул.
— Отличный вопрос. Из тех, на которых многие великие люди делали очень умный вид.
Если совсем просто: заряд — это свойство частиц взаимодействовать друг с другом.
Плюс и минус притягиваются.
Плюс и плюс отталкиваются.
Минус и минус — тоже.
— То есть если рядом два электрона, они такие: «Не подходи, это моя орбита»?
— Примерно так, — сказал Дядюшка Я. — Очень вежливо, но с раздражением.
— А почему я вообще могу двигаться внутри меди?
— Потому что в металлах некоторые электроны связаны не слишком крепко. Их называют свободными электронами. Они могут перемещаться по металлу.

Дима гордо надулся.          
— Свободный электрон… Звучит красиво.
— Не зазнавайся, — сказал Дядюшка Я. — Свободный —это значит полезный.
— А я уже испугался.
— Так вот, — продолжил Дядюшка Я, — когда появляется электрическое поле, свободные электроны начинают двигаться более упорядоченно. Вот это и есть ток.
— А быстро?
— И да, и нет, — сказал Дядюшка Я. — Сами электроны движутся довольно медленно.
Но сигнал о том, что «всем пора шевелиться», распространяется очень быстро. Со скоростью света.
— Как это?
— Ну представь длинную очередь за ванильным мороженым, — сказал Дядюшка Я. — Если продавец крикнет: «Подвезли с шоколадной крошкой!», вся очередь оживится сразу. Со скоростью света. Хотя каждый человек продвинется вперёд всего на полшага.
— О! — воскликнул Дима. — Значит, ток — это не когда один электрон мчится как сумасшедший через весь провод?
— Совершенно верно. Это когда очень много электронов дружно смещаются под действием электрического поля со скоростью света. Короче, это не гонки. Скорее массовое организованное ворчание.

Глава 3. Откуда берётся желание бежать

— Теперь важный вопрос, — сказал Дядюшка Я. — Почему электроны вообще начинают двигаться?
— Потому что им вдруг захотелось? — предположил Дима.
— Нет. Электроны, конечно, ребята эмоциональные, но не настолько.
Их подталкивает напряжение.
Напряжение — это как «давление» для электричества. Чем больше напряжение, тем сильнее электроны «толкаются» и бегут по проводам.
Можно представить его как электрический напор.
— Как воду в трубе?
— Именно! — чем выше давление, тем сильнее напор. Вот напряжение — это такое же «давление», только для электрического тока.
Если у одного места «электрический избыток», а у другого «электрическая нехватка» — электроны начинают двигаться.

— Кто создаёт этот напор?
— Например, аккумулятор.
— Это тот самый, который живёт в электросамокатах, электровелосипедах и электромобилях?
— Он самый, — сказал Дядюшка Я. — это такая банка с электронами. Внутри него сидят такие же электроны. Когда ты подключаешь какую-нибудь электрическую технику, они все разом выбегают наружу и начинают работать: светить, крутить, показывать мультики. Но как только они устанут и разбегутся, аккумулятор станет пустым. Тогда его нужно поставить «на зарядку» — это типа отправить электроны обратно в их домик, чтобы они набрались сил.
— А ток пойдёт всегда?
— Не всегда, — сказал Дядюшка Я. — Для тока нужна замкнутая электрическая цепь.
— Это что такое?
— Это когда путь для электронов замкнут по кругу:
от аккумулятора — по проводам — через устройство — и обратно.
— А если где-то разрыв?
— Тогда всё. Электроны остановятся и будут возмущённо обсуждать организацию процесса восстановления контакта.
— Значит, выключатель — это просто такой шлагбаум?
— Точно!
Включили — путь открыт.
Выключили — всё, стоим, отдыхаем, жалуемся.
Дима кивнул.
— Кажется, я начинаю понимать.
— Отлично. Тогда поехали дальше. Буквально. Нас ждёт электротранспорт.

Глава 4. Как Дима попал в электросамокат

В следующее мгновение вокруг всё закружилось, заискрилось — и Дима оказался внутри самого настоящего электросамоката. Точнее, внутри его провода.

— Ничего себе! — ахнул Дима. — Это и есть транспорт будущего?
— Уже настоящего, — поправил Дядюшка Я. — Здесь всё серьёзно.
Смотри: вот аккумулятор, вот контроллер, вот провода, вот электродвигатель.
А вот пользователь, который уверен, что самокат едет исключительно потому, что он очень уверенно стоит.
— А он не поэтому?
— Нет, — сказал Дядюшка Я. — Хотя уверенный вид иногда помогает сгладить впечатление от падения на кочке.

Они двинулись дальше.
— Когда человек нажимает на кнопку газа, — объяснил Дядюшка Я, — контроллер получает команду: «Нужно ехать». После этого он аккуратно отправляет ток туда, куда надо, и в таком количестве, в каком надо.

— Контроллер — это кто? Директор?
— Скорее дирижёр, — сказал Дядюшка Я. — Он следит, чтобы всё работало слаженно. Чтобы мотор не дёргался, батарея не иссякала, а провода не перегревались.
— Умный.
— Очень. Без него современный электротранспорт был бы куда более нервным.

Вокруг по проводам двигались электроны.
— Здравствуйте! — крикнул им Дима.
— Некогда! Работаем! — крикнули в ответ электроны.
— Деловые какие, — пробормотал Дима.
— Так транспорт же, — сказал Дядюшка Я. — Тут всё при деле.

Глава 5. Сердце машины — электродвигатель

Они добрались до главного.
Перед Димой возвышался электродвигатель.

Он был круглый, важный и выглядел так, словно точно знал, как устроен мир.
— Вот оно! — торжественно сказал Дядюшка Я. — Электродвигатель.
— И он правда может крутить колёса?
— Не просто может. Это его любимое занятие.
— А как он работает?
— Секрет в магнетизме, — сказал Дядюшка Я. — Когда по проводу течёт ток, вокруг возникает магнитное поле. Оно очень похоже на электрическое поле, которое заставляет двигаться электроны. Только магнитное.
— Так ток ещё и магниты умеет делать?
— Да. Если ток пропустить через катушку провода, получится почти настоящий магнит. Такой магнит называют электромагнитом.
— То есть мотор крутится потому, что внутри все друг друга магнитно уговаривают?
— Очень точное определение, — одобрил Дядюшка Я. — А теперь чуть подробнее.

Он указал на неподвижную часть двигателя.
— Это статор. Он СТоит на месте.
Потом — на вращающуюся часть.
— А это ротор. Он кРРРутится.
— Логично, — сказал Дима. — Хоть названия и подозрительные.
— Когда контроллер подаёт ток в нужные катушки, в моторе появляются магнитные силы. А магниты имеют две стороны, называемые полюсами. Полюсы называются северный и южный. Если поднести друг к другу два одинаковых полюса — они «ругаются» и отталкиваются. А если разные — сразу «дружат» и прилипают друг к другу. Так же работают электромагниты в двигателе. Они то притягивают, то отталкивают части ротора. И ротор начинает вращаться.
Дима: — Как будто его всё время кто-то говорит:
«Давай сюда!»
«Нет, теперь туда!»
«Нет, опять сюда!»?
— Именно так, — сказал Дядюшка Я. — Если всё делать в нужный момент, вращение получается ровным и сильным.
— А если в ненужный?
— Тогда мотор будет вести себя как человек, которого внезапно разбудили в субботу утром.
— То есть с большим шумом и с рывками?
— Совершенно верно.
— А колёса крутятся уже от ротора?
— Да. Вращение передаётся колесу напрямую или через передачу. И транспорт едет.

Дима замер от восторга.
— Значит… получается… я участвую в движении самоката?!
— Поздравляю, — сказал Дядюшка Я. — Ты теперь официально полезен.

Глава 6. Кто ещё работает в электротранспорте

— Но мотор — не единственный герой, — сказал Дядюшка Я. — В электротранспорте целая команда. Вот, считай:

1. Аккумулятор
— Это источник электрической энергии, мы уже говорили раньше. Он хранит его запас и отдаёт его мотору, пока энергия не кончилась. Потом его заряжают электричеством и он снова готов его, электричество, отдавать.
— То есть без него транспорт никуда?
— Только под горку. А если в горку, то медленно и с грустным лицом.

2. Провода
— По ним движутся электроны.
— О, это наши дороги!
— Именно. Если провод хороший — путь лёгкий. Если плохой — нагрев, потери и общее недовольство. Запомни – чем больше толщина провода, тем легче по ним двигаться.

3. Сопротивление
— А это что? — спросил Дима.
— Это то, что мешает току двигаться слишком легко.
У любого материала есть сопротивление.
Где сопротивление больше — там электронам труднее.
— Как идти по школьному коридору, где все поставили рюкзаки?
— Прекрасный пример, — сказал Дядюшка Я.
— А если сопротивление слишком большое, часть энергии превращается в тепло.
— То есть провод может греться, потому что электронам тяжело?
— Да. Они протискиваются между рюкзаков, нагреваются, потеют и ворчат.

4. Предохранитель
— Это маленький, но очень храбрый элемент, — сказал Дядюшка Я. — Если ток становится слишком большим, предохранитель размыкает цепь.
— Спасает всех?
— Да. Можно сказать, это охранник, который держит руками два провода, тем самым их соединяя. По проводам пошел слишком большой для них ток, он кричит:
«Так, стоп! Слишком горячо!», бросает провода и машет обожженными руками.

5. Контроллер
— Мы с ним уже знакомы, — сказал Дима. — Дирижёр.
— Молодец. Он управляет мотором и следит за правильной подачей энергии.

6. Датчики
— Они сообщают системе, что происходит:
с какой скоростью едет транспорт, как вращается мотор, не перегрелось ли что-нибудь.
— То есть это глаза и уши?
— Именно.

Глава 7. Как транспорт тормозит и даже чуть-чуть жадничает

— А теперь фокус, — сказал Дядюшка Я. — Некоторые виды электротранспорта умеют при торможении возвращать часть энергии обратно.
— Что-о? — поразился Дима. — Это как?
— Это называется рекуперация.

— Красивое слово. Немного похоже на фамилию строгой учительницы.
— На самом деле всё очень умно. Когда мотор крутит колесо — он работает как двигатель. Но вот надо срочно тормозить. И тогда контроллер переключает мотор в другой режим, называемый генератор. И, вместо того, чтобы просто потерять скорость, твой самокат «ловит» эту энергию и прячет её обратно в аккумулятор, тем самым тормозя. 
Дима: — То есть, транспорт как будто говорит: — Так, мы тут разогнались, а теперь давайте ничего полезного не выбрасывать?
— Именно, — кивнул Дядюшка Я. — Очень хозяйственный подход.

Глава 8. Почему электротранспорт всем так понравился

Они вылетели наружу и увидели улицу: по ней ехали электробусы, электроавтомобили, электровелосипеды и электросамокаты.

— А почему люди вообще любят электротранспорт? — спросил Дима.
— Причин много, — ответил Дядюшка Я. —
Во-первых, он часто тише обычного транспорта.
Во-вторых, у него высокий коэффициент полезного действия.
— Чего высокий?
— Если по-простому — он умеет лучше превращать энергию в движение, а не в бесполезный нагрев и шум.
— То есть меньше «брррррр», больше «поехали»?
— Именно.
— А ещё?
— У электротранспорта нет выхлопной трубы, как у машин с бензиновым двигателем.
Это особенно важно в городах.
— Значит, воздух чище?
— Может быть чище, да, особенно если и электричество получают разумными способами.
— Понятно. А недостатки есть?
— Конечно. В науке и технике не бывает волшебных решений без задач. Аккумуляторы надо заряжать. Они весят немало. Их нужно делать хорошими, безопасными и долговечными.
— То есть техника — это всегда компромисс?
— Молодец, — сказал Дядюшка Я. — Очень взрослая мысль. Ты прямо как инженер. Инженер — это человек, который умеет совмещать желания, возможности и законы физики.

Глава 9. Дима делает выводы

Дима немного помолчал.
Потом задумчиво сказал:
— Значит, если сказать совсем просто, то выходит так:
Аккумулятор создаёт запас энергии и напряжение.
Если цепь замкнута, электроны могут двигаться.
Их движением управляет электрическое поле.
Упорядоченное движение электронов — это электрический ток.
Ток в катушках создаёт магнитное поле.
Магнитные силы в моторе крутят ротор.
Ротор крутит колесо.
И транспорт едет!

Дядюшка Я даже просиял.
— Браво! Ты и правда можешь стать самым знаменитым электроном в этой сказке.
— В этой сказке? — уточнил Дима. — А как насчёт Вселенной?
— Не торопись, — сказал Дядюшка Я. — Вселенная большая. А школьный учебник — коварный.
— Тогда я начну со сказки, — разумно решил Дима.
— Это разумный план.

Глава 10. И совсем маленький, но важный секрет

— Дядюшка Я, — спросил Дима, — а почему людям так трудно понять электричество?
— Потому что его нельзя увидеть напрямую, — ответил Дядюшка Я. — Ток не гуляет по улице в бейсболке с надписью «Я ток».
Электрическое поле не машет рукой из окна.
Магнитное поле не кричит: «Смотрите, это я сейчас всё закрутило!»
— Жалко, — сказал Дима. — Было бы удобнее.
— Да. Но зато люди научились замечать последствия:
лампа светит, мотор крутится, телефон заряжается, автобус едет.
— То есть если внимательно смотреть, электричество всё-таки можно понять?
— Конечно. Особенно если объяснять его не страшно, а по-доброму.
— И с шутками?
— И с шутками, — кивнул Дядюшка Я. — Электронам так легче.
— И детям тоже, — сказал Дима.
— Вот именно. Ну что, полетели дальше смотреть про электричество?