комментарии--

к первой беседе

Потенциал, проводники и диэлектрики

в этой беседа Любознайкин сумел изложить Незнайкииу множество необходимых понятий из области электротехники, которые мы постараемся здесь систематизировать.

Атомы всех веществ состоят из определенного количества электронов и протонов. Первые представляют собой элементарные отрицательные электрические заряды, а вторые, составляющие ядро атома, являются элементарными положительными зарядами. Соотношение между количествами этих зарядов определяет электрическое состояние, или потенциал атома. Атом нейтрален, если он содержит столько же электронов, сколько и протонов. Он о т -рицателен, если количество электронов превышает количество протонов, и положителен при обратном соотношении.

Следует отметить, что в данном атоме количество протонов всегда остается постоянным; только некоторые электроны могут, преодолевая силу притяжения, существующую между электронами и протонами, переходить от одного атома к другому. Кроме того, такие «свободные» электроны существуют лишь в определенных веществах, и.менуемых проводниками. Вещества, атомы которых не содержат свободных электронов, принадлежат к категории диэлектриков.

Помимо электронов и протонов, ядро атома может содержать нейтроны, которые, увеличивая массу атома, не изменяют его - электрическое состояние.

Электрический ток

Когда между атомами проводника существует разшща в электрическом состоянии, или разность потенциалов, равновесие восстанавливается благодаря переходу избыточных электронов с отрицательного края - полюса на положительный. Переход электронов от отрицательного полюса к положительному представляет собой электрический ток. Направление движения электронов противоположно условному направлению тока (от положительного иолюса к отрицательно.му), принятому еще в те времена, когда не знали природы электрического тока.

Следует отметить, что движение электронов вдоль проводника происходит не так просто, как можно было бы предположить по объяснению Любо-знайк[ша.

По проводнику пробегает от одного конца до другого не один и тот же электрон. Чаще всего этот электрон лишь переходит с одного атома на соседний, откуда другой электрон перескакивает на следующий атом и т. д. Собственная скорость электрона относительно мала, но общее движение происходит

с постоянной скоростью, близкой к 300 000 км/сек, которая и является скоростью распространения электрического тока.

Электроны можно уподобить веренице автомобилей, остановивши.хся перед закрытым железнодорожным переездо»г Когда шлагбаум поднимается, вся вереница машин быстро приходит в движение. Последняя машина трогается с места очень скоро после первой: это и есть скорость тока. Однако индивидуальная

скорость каждой машины (скорость электронов)

-- - -~- в этот момент относительно невелика.

впеш.пая иепк ЛД спп ничто не будет поддерживать на кон-

I цах проводника разность потенциалов, ила н а -jl пряжение, то после установления электриче-t jy ского равновесия ток в проводнике прекратится. 0 Источник 0- Чтобы ток протекал безостановочно, нужно пе-

-1 прерывно добавлять электроны к атомам отрица-

Рис. 136. Движение электро- дельного полюса и отнимать электроны от полонов через источник питания «тельного полюса. В этом и заключается роль и по внешней цепи. источника тока, который произво-

дит электрическую энергию. Таким источником может быть электрическая батарея (где химическая энергия преобразуется в энергию электрическую), термоэлектрическая батарея (превращающая тепло в электричество) или генератор, установленный на электростанции, который преобразует механическую энергию двигателя в электрический ток.

Следует отметить, что внутри источника питания электроны движутся от положительного полюса к отрицательному (рис. 136). Это происходит потому, что электроны должны быть отняты у атомов положительного полюса, с тем чтобы соз.аать избыток нх в атомах отрицательного полюса. Таким образом, в электрической цепи электроны движутся в том же направлении от одною конца к другому.

Волы, ампер, ом

Разность потенциалов, или напряжение, существующее между двумя точками проводника, измеряется и выражается в вольтах.

Количество электронов, проходящее через поперечное сечение проводника в секунду, может быть более или менее значительным. Оно определяет силу (интенсивность) тока, которая измеряется в амперах.

В зависимости от длины, сечения и материала проводник оказывает прохождению тока большее или меньшее сопротивление. Сопротивление измеряется в омах.

Чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление. Но чем больше сечение проводника, тем меньше его сопротивление.

Закон Ома

Повышая напряжение, приложенное к концам данного проводника, мы тем самым пропорционально увеличиваем количество приведенных в движение электронов, т. е. силу тока. Таким образом, мы можем констатировать, что сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Прикладывая одинаковое напряжение к проводникам с разным сопротивле-1щем, можно заметить, что проводники, имеющие большее сопротивление, пропускают более слабый ток. Отсюда следует, что сила тока обратно пропорцио-на.гьна сопротив.гению.

Обе отмеченные выше закономерности сформулированы в законе О.ма; си.га тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротив.гению.

Поэто>}у, когда известна величина напряжения (в вольтах), приложенного к концам проводника, сопротивление которого известно (и выражено в омах),

J. .то, разделив первую величину на вторую, мы находим силу тока (в амперах), : протекающего через этот проводник. Так, прикладывая напряжение 10 в к проводнику сопротивлением 5 ом, мы получаем ток в 2 а. Точно так же, как напряжение 1 в, приложенное к проводнику с сопротивлением 1 ом, даст ток 1 а.

Закон Ома является основным законом электротехники и радиотехники. Поэтому необходи.мо хорошо запомнить приводимые ниже основные виды этого , , закона.

> Три вида закона Ома

в формуле закона Ома

напряжение U представляет собой делимое, сопротивление -делитель и ток / - частное. Вспомним, что делимое равно произведению делителя на частное. Поэтому мы можем выразить этот же закон в новом виде:

и = /R.

Это означает, что напряжение равно произведению тока на сопротивление.

Следовательно, зная величину тока, протекающего через проводник с известным сопротивлением, мы можем, перемножив эти две величины, определить напряжение, создающее данный ток.

И, наконец, исходя из этого второго вида закона Ома U •= IR и вспомнив, что произведение U при делении его на один из сомножителей / дает другой сомножитель R, мы можем написать:

Эта формула и является третьим видом закона Ома. Мы видим, что сопротивление равно напряжению, деленному на ток.

Если мы знаем величину напряжения на концах проводника и величину тока, которую оно определяет, мы можем получить значение сопротивления проводника, разделив первую величину на вторую.

На этом законе основаны омметры - приборы, служащие для измерения сопротивления проводников. Они содержат батарею с известным напряжением и амперметр (прибор для измерения силы тока). Когда напряжение батареи прикладывается к измеряемому проводнику, амперметр показывает величину установивщегося тока. После этого для определения величины измеряемого сопротивления достаточно разделить известное напряжение батареи на величину тока, отсчитанную по амперметру.

комааентарии -

ко второй беседе

Переменный ток

Если в первой беседе Любознайкин сумел изложить основные свойства постоянного тока, т. е. тока, создаваемого напряжением, имеющим постоянные величину и направление, то во второй беседе он смело приступил к рассказу о переменном токе.

Этот ток создается переменным иаппяжениелг В случае переменного напряжения потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к