Электрический ток - это поток свободных электронов между одной и второй точками в проводнике. Чтобы создать электроэнергию, нужно заставить электроны перемещаться в проводящем материале, с одной стороны проводника создается дефицит электронов, а с другой - их наличие. В генераторе создается электроэнергия. Клемма со стороны избытка маркируется «+», а со стороны дефицита - «-«.
Необходимо понимать, что такое три основных элемента электричества: напряжение, ток и сопротивление.
Напряжение - разница в заряде (в электронах) между двумя точками
Ток (в амперах) - скорость тока электронов
Сопротивление - свойство материала сопротивляться току
Напряжение (U) - количество потенциальной энергии между двумя точками цепи. Разница между полюсами «+» и «-« измеряется в Вольтах (В). Можно сказать, что это «электрическое давление». Можно сравнить с давлением воды, которая течет по трубам. Определяется распределительной сетью - 220 В в электрической розетке.
Электрический ток (I) - это поток свободных электронов в проводнике. Электроны перемещаясь, переносят заряд - это и есть ток. Количество электронов, которые могут переместиться через вещество, зависит от свойств вещества (некоторые материалы пропускают ток лучше, другие - хуже).
Электрический ток измеряется в амперах (А). Вольты (V) сравниваются с давлением воды, тогда как амперы (А) с объемом воды, которое может пройти по трубе за период времени.
Ток - это функция I=U/R (R - сопротивление).
Сопротивление - некоторые электроны удерживаются в молекулярных структурах, или же проходят свободно. Сопротивление - это способность объекта противостоять току. Сопротивление может быть очень низким - медь (1-2 Ом на 1 метр), или высоким - дерево (10000000 Ом на 1 метр). Если сравнить ток с водой в трубе - то это похоже на поток воды через более узкую трубу, тогда сопротивление больше, уменьшает поток воды.
В цепях с одинаковым напряжением и разным сопротивлением, через цепь с более высоким сопротивлением протекает меньший ток.
История
Задолго до того, как люди узнали об электричестве - было известно о свойствах электрических рыб. В Древнем Египте, а позже в Древней Греции, Риме естествоиспытатели изучали электрических рыб. Знали, что разряд может парализовывать, проходить по проводящим предметам. А также использовали в лечебных целях, надеясь, что электрический разряд может излечить, например, головную боль.
Древние культуры Средиземноморья знали о том, что, такие предметы, как янтарные палочки можно натереть кошачьим мехом, и тогда палочки начинают притягивать легкие предметы (перья). Позже наука покажет связь между магнетизмом и электричеством.
Уильям Гилберт в 1600 г. ввел термин электричество (электрон - янтарь). В 1729 году было обнаружено Стивеном Греем, что не все тела одинаково проводят электричество. Он провел опыты по передаче электричества на расстояние.
Первая теория электричества появилась в 1747 г., Бенджамин Франклин рассматривает электричество как флюид, «нематериальную жидкость», он также вводит понятие положительного и отрицательного заряда, разрабатывает молниеотвод (и доказывает, что молнии имеют электрическую природу).
В 1802 г. Василий Петров обнаруживает вольтову дугу. С этого момента начинается история электрической лампочки. В 1820 г. датский физик Эрстед увидел электромагнитное взаимодействие. Он замыкал и размыкал цепь с током и заметил, что стрелка компаса, который находился рядом, реагирует на это.
Фарадей открывает законы электролиза в 1834 г. Анализ этого явления, наталкивает его на идею, что электричество - это не жидкость и носителями электрической энергии являются атомы.
В 20 в. была создана теория квантовой электродинамики.
Лампа накаливания
В лампе накаливания используется тепловое действие тока. При замыкании электрической цепи температура тела накаливания увеличивается. Все тела выделяют электромагнитные тепловые волны. Есть максимум спектральной плотности мощности излучения, длина его волны зависит от температуры. С повышением температуры максимум сдвигается в сторону меньших длин волн. Чтобы человек видел излучение, необходимо, чтобы температура тела излучения достигала 570 С. Для человека оптимальным является излучение абсолютно чёрного тела с температурой поверхности фотосферы солнца 5770 К. Но такие вещества (выдерживающие подобную температуру) не известны. Температуры нитей ламп накаливания - 2000 - 2800 С. В современных лампах накаливания применяется - тугоплавкий вольфрам (температура плавления 3410 С), рений и осмий. Спектр лампы накаливания перемещен в красную часть. Чем меньше температура тела накаливания, тем меньшая энергия переводится в видимое излучение, тем оно более «красное».
Существует понятие цветовой температуры. В лампах накаливания более тёплый свет, отличающийся от дневного.
В воздухе вольфрам с повышением температуры быстро окисляется (тогда при потере герметичности лампы на ее поверхности образуется белый налет). Поэтому тело накала находится в герметичной колбе, заполненной инертным газом - аргоном, криптоном. Раньше лампы изготавливали в вакуумированной колбе, но позднее стали наполнять инертным газом. У наполнения газом есть множество преимуществ, повышается КПД и свет приближается к белому. Уменьшается испарение вольфрамовой нити. Медленнее темнеет поверхность лампы.
В лампа накаливания применяется от 7 различных металлов.
Электрическая батарея
Батарея - соединенные параллельно или последовательно электрические элементы. Соединение электрохимических источников электроэнергии (гальванические элементы, аккумуляторы). Эти источники соединяют, чтобы получить большее напряжение, чем напряжение одного элемента. В основном эти элементы являются химическим источником тока.
Аккумуляторная батарея соединяет эти элементы в едином корпусе. Наружу корпуса выводятся два контакта. Такие батареи (а также батареи гальванических элементов) используются для производства постоянного электрического тока.
Гальванические элементы - реакции в них необратимы, батареи не перезаряжаются. Они называются часто «батарейка».
Аккумуляторы - реакции обратимы. Они преобразуют электрическую энергию в химическую и обратно, отдают электрическую энергию.
