Если стеклянную палочку потереть о кожу, а палочку из смолы потереть о мех, то они приобретают свойства притягивать легкие тела – кусочки бумаги или пробки. Это свойство было обнаружено в древней Греции при натирании янтаря, т.к. по-гречески янтарь называется электроном, то поэтому и появились термины ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ.
Явление, при котором тела приобретают свойства притягивать другие тела, называется ЭЛЕКТРИЗАЦИЕЙ. Сами же тела – НАЭЛЕКТРИЗОВАННЫМИ, обладающими некоторыми количествами электричества – ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ЗАРЯДАМИ. Такие тела называют еще заряженными. Взаимодействие заряженных частиц наблюдают при помощи электроскопа. Этот прибор состоит из стеклянной банки, закрытой янтарной пробкой, и металлического стержня, пропущенного сквозь пробку. На верхнем конце стержня закреплен металлический шарик, а на нижнем – два тонких листа папиросной бумаги. Если наэлектризованной стеклянной палочкой прикоснуться к шарику электроскопа, то бумажные листочки разойдутся. Если затем к шарику прикоснуться наэлектризованной смоляной палочкой, то листочки опустятся.
Опыты показывают: - Существуют два вида электрических зарядов. Заряды, которые приобретает стекло при натирании его о кожу, принято называть ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМИ, а заряды, которые приобретает смоляная палочка при натирании ее о мех ОТРИЦАТЕЛЬНЫМИ. - При электризации тел всегда одновременно возникают оба вида электрических зарядов и в равных количествах. - При соединении, тела обладающие равными по величине, но противоположными по знаку зарядами нейтрализуют друг друга. - Наэлектризованные тела, обладающие одноименными зарядами, отталкиваются, а разноименными – притягиваются. - Электрические заряды могут переходить с одного тела на другое и перемещаться по некоторым телам, в частности по металлу.
Все физические тела состоят из простых веществ, называемых ХИМИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ. Химические элементы состоят из атомов, которых измеряют стомиллионными долями сантиметра. В центре системы частиц, образующих атом, находится АТОМНОЕ ЯДРО, вокруг которого движутся мельчайшие частицы вещества – ЭЛЕКТРОНЫ, обладающие отрицательными электрическими зарядами. Ядро состоит из частиц – ПРОТОНОВ, у которых положительные электрические заряды, и незаряженных частиц – НЕЙТРОНОВ. Протоны и нейтроны, составляющие ядро, в отличии от электронов, малоподвижны.
Установлено, что по величине заряд электрона равен заряду протона и при нормальном состоянии атома количество протонов равно количеству электронов, поэтому в электрическом отношении атом нейтрален. Но если от нейтрального атома отнять хотя бы один электрон, то атом становиться положительно заряженным, т.к. действие положительного протона уже не будет нейтрализовано действием электрона. Такой положительно заряженный атом называется ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ ИОНОМ. Если атом получит лишний электрон, то он превращается в ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ ИОН. Заряженный атом, как и все заряженные тела, будет проявлять во внешней среде присущие ему электрические свойства. Таким образом, наэлектризовать физическое тело – значит создать в нем избыток или недостаток частиц с отрицательными электрическими зарядами, создать избыток или недостаток электронов.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ это одно из свойств элементарных частиц вещества, количественно определяемое по их силовому взаимодействию. Электрические заряды определяют основные физические свойства элементарных частиц вещества. Действие электрических зарядов наблюдается практически во всех явлениях природы в виде электрических и магнитных явлений. Электрические явления характеризуются взаимодействием электрически заряженных частиц на расстоянии, а магнитные явления – взаимодействием движущихся элементарных заряженных частиц. Электрические и магнитные явления неразрывны и представляют собой две стороны физического процесса – сложного электромагнитного явления. Материальная среда, наблюдаемая около заряженных частиц и характеризующая возникновение механических сил, действующих на другие заряженные частицы, помещенные в эту среду, называется ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ.
Электрическим током (он обычно обозначается буквой I) в случае электро¬проводки называется направленное движение электронов в проводах электропроводки и внутри включенных электроприборов. Напомним, что все окружающие нас вещества состоят из атомов, в которых отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг положительно заряженных ядер. В электротехнике находят применение вещества, обладающие различной концентрацией электронов, и, соответственно, различной электропроводностью. В металлах электропроводность велика, а в изоляторах мала. В качестве проводников тока в электропроводках наиболее широко используют алюминий и медь, а в некоторых случаях их сплав. Изоляция элементов электрических цепей изготовляется из различных изоляционных материалов. Для протекания тока в металле необходимо перемещение в нем большого количества электронов в нужном направлении. Такое перемещение называется дрейфом. Следовательно, электрический ток в металлах создается дрейфом электронов. Скорость дрейфа относительно мала, обычно она не превышает 1 мм в секунду. Тем не менее, скорость распространения электрической энергии велика: в воздушных линиях электропередач она практически равна скорости света. При замыкании электрической цепи ток в ней устанавливается практически почти мгновенно. В написанном выше нет противоречия — электрическое поле, создаваемое источником электроэнергии и заставляющее дрейфовать электроны в проводах электрической цепи, распространяется вдоль них со скоростью света, а сами электроны под действием поля перемещаются относительно медленно. Эта ситуация аналогична той, которую мы имеем при открывании водопроводного крана: из него сразу под напором начинает течь вода, хотя отдельные молекулы воды, посылаемые в трубы водопроводной сети водонапорной станцией, движутся в трубах довольно медленно и только через сравнительно большой промежуток времени дойдут до крана. Аналогично, для возникновения электрического тока должна быть создана электрическая цепь, состоящая из источника электрической энергии (электродвижущей силы), выполняющего функции переносчика электронов, провода, подводящего электроны к подключенному исправному потребителю электроэнергии, и провода, отводящего их назад к источнику. Сама электрическая энергия обладает замечательными свойством — эффективно выполняет передающие функции, снова преобразуясь в различных электропотребителях в другие виды энергии: в электродвигателях — в механическую: в осветительных устройствах — в лучистую; в электропечах — в тепловую и т.д. Непосредственно наблюдать электрический ток человек не может и о его наличии судит по связанным с протеканием тока явлениям.
Не все тела одинаково проводят электричество. Тела, хорошо проводящие электричество, называются ПРОВОДНИКАМИ, а плохо проводящими электричество – ИЗОЛЯТОРАМИ или ДИЭЛЕКТРИКАМИ. Существует и промежуточная группа тел, обладающая слабой способностью проводить электричество – ПОЛУПРОВОДНИКИ. Проводники делятся на проводники первого рода и проводники второго рода. Проводники первого рода – металлы и их сплавы, а проводники второго рода _ водные растворы кислот, солей и щелочей, сильно разряженные газы. К диэлектрикам относятся резина, стекло, слюда, фарфор, смола и многие другие материалы.
Физическая сущность этих явлений заключается в следующем. В диэлектриках все электроны прочно удерживаются ядрами атомов. В проводниках же, например в металлах, существуют электроны, слабо связанные с ядрами. Эти электроны наиболее удалены от ядер и под воздействием электрического поля соседних ядер отрываются, переходя с внешних орбит одних атомов к другим, при этом они свободно или почти свободно перемещаются по проводнику. Такие электроны называются СВОБОДНЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ.
Движение свободных электронов в проводнике происходит беспорядочно, и скорость их движения определяется тепловым состоянием проводника. Но если на проводник подействовать силами внешнего электрического поля, создав на его концах разность потенциалов, то под действием этих сил движение электронов будет упорядочено – направлено в одну сторону. Такое движение свободных электронов в металлическом проводнике называется ЭЛЕКТРОННЫМ ТОКОМ, а способность проводника проводить электронный ток – ЭЛЕКТРОННОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ.
В проводнике второго рода имеет место ИОННЫЙ ТОК, который возникает также под влиянием сил электрического поля. Этот ток представляет собой направленное движение положительных и отрицательных ионов. Способность проводников проводить ионный ток называется ИОННОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ.
В диэлектриках имеет место так называемый ТОК СМЕЩЕНИЯ, который возникает в результате смещения электронов в атомах под действием сил внешнего электрического поля. В вакууме ток создается потоком электронов, вылетающих с поверхности металлического проводника, а в разряженных газах – потоком электронов и ионов. В обоих случаях направленное движение электронов и ионов также происходит под влиянием внешнего электрического поля. Таким образом, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК в проводящих средах есть направленное движение потока свободных заряженных частиц под действием сил внешнего электрического поля.
Направление движение свободных электронов можно получить, соединив, например, один конец металлической проволоки с металлическим шаром, заряженным отрицательно, а другой- с шаром, заряженным положительно. Электроны, имеющиеся в избытке на отрицательно заряженном шаре, направляются к положительно заряженному шару с недостатком электронов, т.е. по проволоке пройдет электрический ток. Он будет течь до тех пор, пока разность потенциалов между разноименно заряженными шарами не станет равной нулю. В нашем примере это произойдет почти мгновенно. Если же разность потенциалов между этими шарами поддерживать постоянно, то по проволоке будет идти электрический ток постоянный по величине и направлению.
Условно за направление электрического тока принято считать направление. Обратное движению свободных электронов, т.е. направление тока от плюса к минусу. Скорость же распространения электрического тока по проводника равна скорости распространения света, т.е. 300 000 км/сек. Эту скорость электронов смешивать со скоростью поступательного движения электронов при электрическом токе, которая равна всего нескольким миллиметрам в секунду.
Для получения электрического тока существуют специальные устройства, которые непрерывно поддерживают разность потенциалов на концах проводника. Эти устройства обычно называются ИСТОЧНИКАМИ ТОКА или ИСТОЧНИКАМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ. Основными источниками тока, с которыми подробно ознакомимся в последующих разделах, являются: Механические источники электрического тока – ЭЛЕКРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую. Химические источники электрической энергии - ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И АККУМУЛЯТОРЫ. В них химическая энергия преобразуется в электрическую. Тепловые источники электроэнергии – ТЕРМОЭЛЕМЕНТЫ, в которых тепловая энергия преобразуется в электрическую.
В настоящее время также находят применение лучистые и атомные источники электрической энергии. Сначала в электрическую энергию преобразуется световая, а затем – ядерная энергия. Независимо от того, по какому принципу работает тот или иной источник электрического тока, в каждом из них происходит процесс разделения электрических зарядов физических тел и вместе с тем процесс преобразования какого-либо вида энергии в электрическую.
HASH(0x34e07d0)
