IV. Электричество и Магнетизм

Многие сведения об электрическом токе были получены в процессе изучения его воздействия. Нам всем знакома нить лампы накаливания в обычной электрической лампочке (тепловой эффект), вибрирующий молоточек электрического звонка во время звонка (магнетический эффект), распад углекислой минеральной воды на водород и кислород (химический эффект), а также механический силы, воздействующие на электрический двигатель, используемые для старта автомобильного двигателя (механический эффект).

Электричество тесно связано с магнетизмом. Мы должны хорошо знать следующие фундаментальные свойства магнита: магнит притягивает элементы из железа, никеля и кобальта; свойство намагниченности сконцентрировано больше на полюсах: при свободном свешивании намагниченная игла самостоятельно располагается одним из полюсов к северу; одинаковые полюса отталкиваются, противоположные – притягиваются; магнетизм можно вызвать; магнитная силовая линия – это путь, по которому независимый полюс севера будет стремиться к движению; магнитное поле – это пространство, в котором существуют магнитные линии; проницаемость – это ослабление, позволяющее устнаовить силовые линии в любом материале, сопротивление – это противодействие, которое вещество оказывает магнитным силовым линиям, т.е. магнитному потоку.

Практическое применение во многом последовало из использования магнитных эффектов электрического тока. Эти эффекты используются в двигателе, в большинстве электроизмерительных приборов (амперметрах, вольтметрах и гальванометрах), в электромагнитах, а также практически во всех электромеханических приборах.

II. Трансформаторы

Трансформатор состоит из двух изолированных соленоидов, соединенных кольцом из железа. Катушки называются обмотками высокого и низкого напряжения, или первичной и вторичной обмотками. Первичная обмотка соединяется с источником эл. энергии, а вторичная – с нагрузкой. Обмотка высокого напряжения разоаботана для выработки высокого напряжения и обладает большим количеством оборотов. Кольцо из железа называется сердечником.

Каждая катушка состоит из витков провода круглого или треугольного сечения. Параллельно могут использованы несколько жил, но заизолированных друг от друга, от сердечника и от другой катушки.

Сердечник состоит из тонких пластин первосортной углеродной стали. Толщина зависит в некоторой степени от частоты работы трансформатора. Общепринятая частота на 60 циклов приблизительно составляет 0,014.

Основная функция трансформатора – пребразование эл. энергии из одного переменного напряжения в другое. Для преобразования большого количества энергии с максимальной эффективностью необходимо учитывать многие факторы при выборе материалов, проектировании и установке первичной и вторичной катушек и сердечника.

Транзисторы

Транзистор – это активный полупроводниковый прибор с тремя или более электродами. Под активным мы подразумеваем, что транзистор способен давать усиление по току, усиление по напряжению и усиление по мощности. Транзистор – электронный прибор, в котором электронная проводимость расположена в полупроводнике. Транзистор получил свое название из словосочетания «передавать сопротивление».

В 1948 г. революционное явление было введено в мир электроники: было объявлено об изобретении транзистора – полупроводникового усилителя. Ничего подобного этому не случалось в электронике со времен открытия трехэлектродной вакуумной лампы в 1907 г.; несколько лет спустя радиолампы заменили полупроводниковыми диодами беспроводной эры.

В настоящее время полупроводниковый усилитель, транзистор, делает вызов вакуумной трубке, потому что транзисторы меньше, проще, более экономичны, более износостойки и долговечны. Транзисторы уже заменили трубки в слуховых аппаратах. Более того, многие транзисторные схемы имеют меньше компонентов, чем схемы вакуумных трубок, таких как мультивибраторы (кипп-реле). Например, в переключательных схемах, таких как мультивибраторы, тразистор с одной точкой присоединения способен заменить две трехэлектродные трубки.

Полупроводник – это проводник эл. тока с сопротивлением в пределах между металлами и диэлектриками, в котором концентрация носителей электрического заряда возрастает с повышением температуры сверх некоторого температурного предела.

Сопротивление полупроводников и диэлектриков стремительно уменьшается с ростом температуры, в то время как у металлов растет относительно медленно. В отличие от металлов и диэлектриков сопротивление полупрводников заисит от направления потока тока. Направление самого легкого потока тока или самого низкого сопротивления называется проводящим направлением, направление ограниченного потока тока или высочайшего сопротивления известно как непроводящее или обратное направление.

Полупроводники, такие как элементы германий и кремний, имеют 2 типа носителей заряда, а имеено: отрицательные электроны и положительные дырки. Дырка – это свободное пространство в электронной валентной структуре полупроводника, которые действуют как положительный электронный заряд с положительной массой.

Полупроводник часто называют электрическим проводником с проводимостью, средней между диэлектриком и проводимостью металла. Наиболее значимые прводники: бор, германий, кремний, селен, фосфор, серое олово и другие.

Механические свойства полупроводников разнообразны. Однако, по твердости, хрупкости и прочности на излом полупроводниковые кристаллы напоминают диэлектрические кристаллы в большей степани, чем металлы. Кроме того, их электрические свойства, которые могут отличаться большим разнообразием, у полупроводников отличаются в таких физических качествах, как магнетизм, теплоемкость и теплопроводность.

Полупроводники широко применяются в электронике. Они заменяют вакуумные трубки во многих устройствах электронной индустрии. Инженеры и физики собираются решать многие технологические проблемы при помощи полупроводников.