Глава 1
часть 4-4.
Первый шаг
Мы уже знаем, что источник электроэнергии обладает разностью потенциалов, заряженные частицы которых, стремятся друг к другу. Существуют материалы, которые способствуют движению частиц, а так - же есть такие, которые ограничивают их движение. Первые - это проводники, которыми является большинство металлов, вода, кислоты, щёлочи и прочие. Вторые - диэлектрики: дерево, воздух, пластмассы и т.д. Из хороших диэлектриков; фарфора, стекла, текстолита, резины и т.д. изготовляют изоляторы. В качестве проводника электроэнергии используется медь, алюминий, бронза, латунь, серебро, золото и их сплавы. Тем не менее, нужно отметить, что деление тел на проводники и диэлектрики весьма условно. Все вещества в большей или меньшей степени проводят электричество. Для продолжительного существования электрического тока в проводнике необходимо поддерживать электрическое поле. Для этих целей используются источники электротока. Электрическим полем называется материальная среда, в которой обнаруживается силовое действие на зараженные частицы или тела. Условно электрическое поле изображают в виде электрических силовых линий, направление которых совпадает с направлением сил, действующих в нем.
В зависимости от интенсивности поля силовые линии электрического поля изображают расположенными гуще или реже. Среду принято характеризовать особой величиной, называемой диэлектрической проницаемостью.
Сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов определяется законом Кулона и направлена по прямой, соединяющей эти заряды (одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются).
Закон Кулона гласит: сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов прямо пропорциональна произведению количеств электричества в этих зарядах, обратно пропорциональна расстоянию между ними и зависит от среды, в которой находятся заряды.
Электрическое поле оказывает силовое действие на внесенное в него электрически заряженное тело. Следовательно, электрическое поле может совершить работу,
т. е. оно обладает энергией.
Каждая точка электрического поля может быть характеризована напряженностью поля Е или потенциалом Ф.
Напряженность электрического поля Е (В/м) определяется отношением силы F,
с которой поле действует на точечный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда, т. е. B = Fiq.
Точечным зарядом называется заряженное тело, линейные размер которого ничтожно
малы и заряд, которого в результате этого практически не искажает поля.
При Q, равном единице, Е численно равно 1, следовательно, напряженность
электрического поля численно равно силе поля, действующей на единичный заряд.
Для преодоления сил электрического поля при внесении в него электрического заряда необходимо затрачивать определенную работу.
Запас энергии (потенциальная энергия) единицы количества электричества, находящейся в данной точке электрического поля, называется потенциалом.
Единицей измерения потенциала является вольт (В) или (v). Потенциал Земли принято считать равным нулю, и если проводки соединен с землей, то его потенциал также равен нулю.
Самый простой случай возникновения электрического тока, это когда один конец провода соединен с наэлектризованным телом, а другой с землей. Если мы возьмём отрезок проводника и соединим им две полярности источника, то мы получаем движение заряженных частиц по проводнику от (+) к (-).
Это движение, есть электрический ток.
Электрический ток определяет количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени. Если в проводнике протекает ток 1А, то через поперечное сечение этого проводника в течение 1 сек протекает 1 Кулон электричества.
Любое тело обладает свойством сопротивляться движению заряженных частиц (электротоку). Это свойство зависит от вещества, из которого состоит тело, и называется сопротивлением.
У проводников оно мало, у диэлектриков - большое. Источник электроэнергии тоже имеет своё сопротивление, называется оно внутренним сопротивлением источника.
Это свойство проводников широко используется в электрических цепях. Рассмотрим простую схему работы источника электротока со своим внутренним сопротивлением:
При разомкнутой цепи источника движение отсутствует.
При замыкании полюсов течёт ток по замкнутой цепи. По проводнику, у которого имеется своё сопротивление и по собственному внутреннему сопротивлению.
Источник имеет определённое количество электроэнергии. Какой будет величина тока, протекающего по цепи?
Она будет зависеть от разницы потенциалов (мы помним: чем больше разница, тем больше притяжение) и от сопротивления проводника и внутреннего сопротивления источника, как правило, сопротивление источника очень мало и при изучении им можно пренебречь.
электрический ток будет равен тому, что мы получим, когда поделим разность потенциалов участка (величина напряжения) на сопротивляемость этого участка (сопротивление).
Обозначаем: I - электрический ток; U - напряжение; R- сопротивление;
I=U/R или U= IR - это есть знаменитый закон Ома.
Взаимосвязь тока, напряжения и сопротивления можно назвать основным законом электротехники, он применим во всём, что связано с электричеством.
На этом законе построено и работает всё - электрические сети, все возможное электрооборудование, электрические механизмы, электроника, радиотехника и т.д.
Знание и умение объяснить и применить закон Ома - это первый большой шаг в изучении электричества, до конца непознанной науки.
Работа тока только через проводник приводит к короткому замыканию так, как сопротивление проводника очень мало.
В данном случае разрушиться может всё, что находится в схеме (источник, проводник, выключатель), разрушение током будет продолжаться до разрыва в самом слабом месте цепи. У нас условно показаны разрывы в нескольких местах.
Это пример с источником большой мощности, обыкновенная батарейка просто потеряет свой заряд.
Если уменьшать сопротивление в цепи, то сопротивление всей цепи уменьшится, а ток в цепи увеличится.
С увеличением тока падение напряжения внутри источника энергии возрастает, так как внутреннее сопротивление источника остается неизменным.
Следовательно, с уменьшением сопротивления внешней цепи напряжение на источнике тоже уменьшается.
При соединении источника энергии с проводником, сопротивление которого равно нулю, ток в цепи I=E/R0. Это наибольший ток, который может быть получен в цепи источника.
I - Сила тока; E - Напряжение; R0 - внутреннее сопротивление источника.
Для источников энергии с малым внутренним сопротивлением, например для электрических генераторов и кислотных аккумуляторов, короткое замыкание опасно, оно может вывести из строя эти источники.
Короткое замыкание может возникнуть, из-за нарушения изоляции проводов, соединяющих приемник с источником энергии.
Металлические линейные провода при взаимном соприкосновении образуют малое сопротивление, которое по сравнению с сопротивлением приемника может быть принято равным нулю.
Для защиты аппаратуры от токов короткого замыкания применяют предохранители.